Die Ultra-Batterie

Eine bahnbrechende Technologie verspricht, elektronische Geräte in Minuten aufzuladen, nie wieder eine Batterie ersetzen zu müssen und die Kosten von Hybridautos zu senken. Tatsächlich hat die Technologie das Potenzial, einen Energiespeicher bereitzustellen, der zehnmal stärker ist als selbst die neuesten Batterien in Hybridautos – und dabei das Fahrzeug selbst überlebt.

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Die neue Technologie, die am MIT-Labor für elektromagnetische und elektronische Systeme entwickelt wurde, soll Ultrakondensatoren durch den Austausch von Kohlenstoff-Nanoröhrchen verbessern und dadurch die Oberfläche der Elektroden und die Fähigkeit, Energie zu speichern, stark erhöhen.

Ultrakondensatoren, eine aufgemotzte Version der in der Elektronik weit verbreiteten Kondensatoren, gibt es schon seit Jahrzehnten. Sie sind bekannt dafür, dass sie leistungsstark sind, dh in der Lage sind, Strom schnell aufzunehmen und abzugeben. Aber sie können nicht viel Energie speichern, sodass ihr gespeicherter Strom innerhalb von Sekunden aufgebraucht ist. Infolgedessen waren sie auf Nischenanwendungen beschränkt, wie z. B. die Bereitstellung schneller Stromstöße in einigen Hybrid-Transitbussen.



Jetzt haben Forscher am MIT eine Möglichkeit gefunden, die Lebensdauer von Ultrakondensatoren um ein Vielfaches zu verbessern – so dass die Geräte die Leistungs- und Langlebigkeitsvorteile beibehalten und gleichzeitig etwa so viel Energie speichern wie die in Hybriden verwendeten Batterien.

Die Energiemenge, die Ultrakondensatoren aufnehmen können, hängt von der Oberfläche und der Leitfähigkeit ihrer Elektroden ab. Die Forscher haben die Oberfläche durch den Einsatz von Kohlenstoff-Nanoröhrchen um mehr als eine Größenordnung vergrößert, sagt Joel Schindall, Professor für Elektrotechnik am MIT und einer der Forscher des Projekts. Ein Quadratzentimeter der leitfähigen Platte hat, wenn es mit den Nanoröhren beschichtet ist, eine Oberfläche von etwa 50.000 Quadratzentimetern, verglichen mit 2.000 Quadratzentimetern, wenn der Kohlenstoff heute in einem kommerziellen Ultrakondensator verwendet wird. Die hochreinen Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind zudem extrem leitfähig, was die Leistungsabgabe gegenüber bestehenden Ultrakondensatoren erhöhen soll, so die Forscher.

Die Technologie könnte auch über Hybride hinaus Anwendung finden. Ultrakondensatoren könnten es ermöglichen, Laptops und Mobiltelefone in einer Minute aufzuladen. Und im Gegensatz zu Laptop-Akkus, die nach ein oder zwei Jahren ihre Fähigkeit verlieren, eine Ladung zu halten, könnten sie noch lange nach dem Auslaufen des Geräts stark sein. Theoretisch gibt es keinen Prozess, der dazu führen würde, dass der [Ultrakondensator] ausgetauscht werden muss, sagt Professor John Kassakian, ein weiterer Forscher.

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Die größte Hürde für die neue Technologie dürfte nicht technischer, sondern wirtschaftlicher Natur sein. Die Nanomaterialien sind heute wahrscheinlich hundert- oder tausendmal teurer als die von uns verwendeten Materialien, sagt Michael Sund, Sprecher von Maxwell Technologies, San Diego CA, einem Hersteller kommerzieller Ultrakondensatoren. Die Märkte, die wir bedienen, sind preisorientiert. Wenn unser Produkt hundertmal mehr Energie speichern würde, aber hundertmal mehr kosten würde, könnte es keinen Markt dafür geben.

Die MIT-Forscher hoffen jedoch, dass im Laufe der Zeit und mit Hilfe von Skaleneffekten Nanoröhren-Ultrakondensatoren zu den gleichen Kosten wie Batterien hergestellt werden können.

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Der nächste Schritt besteht darin, die Leistung eines Geräts zu messen, das die Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet, und die Nanomaterialien auf einem flexiblen Substrat wachsen zu lassen, das zu einem großen Ultrakondensator gerollt werden kann.

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