Ragone Plot zum Vergleich der Leistung und Energie eines Lithium-Ionen-Kondensators und Superkondensators.
Abbildung: Khai Shin Teoh (Nachdruck CC BY-NC Lizenz 2024 Advanced Materials.)Batterien und Superkondensatoren sind die gängigsten elektrochemischen Energiespeicher. Sie werden seit langem erforscht und sind bereits seit Jahrzehnten auf dem Markt erhältlich. Beide haben jedoch ihre Nachteile: Batterien bieten zwar eine hohe Energiedichte, lassen sich jedoch nicht schnell laden/entladen und weisen eine geringe Lebensdauer auf. Superkondensatoren hingegen können sehr schnell und oft wiederholt geladen/entladen werden, bevor sie ihre Energie verlieren, aber sie können von vornherein nur eine geringe Energiemenge speichern. Forscher sind daher sehr daran interessiert, ein Gerät zu entwickeln, das eine batterieähnliche hohe Energiedichte und eine superkondensatorähnliche hohe Leistungsdichte aufweist. Dieses Ziel wird durch die Kombination einer Batterieelektrode mit einer Superkondensatorelektrode in einer Zelle verfolgt, was zu einem Hybridgerät führt. Dieses Hybridgerät wird meist als „Metall-Ionen-Kondensator” (eng. Metal-ion capacitor = MIC) bezeichnet, abgeleitet von Metall-ionen Batterie und Superkondensator. Nicht nur die Leistung von Metall-ionen Kondensatoren ist interessant, sondern auch ihre Nachhaltigkeit: Oft sind die MIC-Elektrodenmaterialien im Vergleich zu Batteriematerialien reichlicher vorhanden und umweltfreundlicher. Die ersten Lithium-Ionen-Kondensatoren wurden kürzlich (2016) auf den Markt gebracht, und das Forschungsinteresse wächst stetig.
Unsere Gruppe konzentriert sich auf die Entwicklung von Elektrolyten für Metall-Ionen-Kondensatoren. Da die beiden verwendeten Elektroden zwei unterschiedliche Energiespeichermechanismen aufweisen, ist die Auswahl des Elektrolyten sehr anspruchsvoll, da er mit beiden kompatibel sein muss. Generell versuchen wir durch neue Elektrolyte die Performance, die Sicherheit und die Umweltfreundlichkeit der Systeme zu verbessern. Konkret liegt unser Forschungsschwerpunkt auf den gängigsten Konfigurationen für Alkali-Ionen-Kondensatoren (Li-/Na-/K-Ionen-Kondensatoren).
Hainthaler, A., Sidarthan, A., Leistenschneider, D., Balducci, A.; Enhancing the stability of sodium-ion capacitors by introducing glyoxylic-acetal based electrolyte. Journal of Power Sources Advances 2024, 30, 100158.
Teoh, K. S., Melchiorre, M. Darlami Magar, S., Hermesdorf, M., leistenschneider, D., Oschatz, M., Ruffo, F., Gómez Urbano, J. L., Balducci, A.; Fluorine-Free Lithium-Ion Capacitor with Enhanced Sustainability and Safety Based on Bio-Based ƴ-Valerolactone and Lithium Bis(Oxalato)Borate Electrolyte. Advanced Materials 2024, 36 (18), 2310056.
Kreth, F., Köps, L., Leibing, C. Darlami Magar, S., Hermesdorf, M., Schutjajew, K., Neuman, C., Leistenschneider, D., Turchanin, A., Oschatz, M., Gómez Urbano, J. L., Balducci, A.; Enabling Fluorine-Free Lithium-Ion Capacitors and Lithium-Ion Batteries for High-Temperature Applications by the Implementation of Lithium Bis(oxalato)Borate and Ethyl Isopropyl Sulfone as Electrolyte. Advanced Energy Materials 2024, 14 (13), 2303909.
The MUSIC Project, the European initiative aimed at developing new sustainable sodium-ion capacitors for renewables, industry and transport sectors. FSU is leader of Work Package 3 which focuses on the development of advanced active materials and scale-up.
Funding: European Union's Horizon Europe research and innovation programme
Project duration: 01/2023 - 12/2026
Raum R 126
Lessingstraße 14
07743 Jena
Raum R 126
Lessingstraße 14
07743 Jena
