Nachwuchspreise der Technology Review
Batterien, die sich wie Benzintanks befüllen lassen und ratenfinanzierte, fernsteuerbare Solaranlagen für Afrika: Zwei Innovationen erhielten den Nachwuchspreis „Innovatoren unter 35“ des Heise-Magazins Technology Review. Batterieforscher Volker Bresser erhielt den Titel „Innovator of the Year“ und Solarpionier Thomas Gottschalk den „Social Innovator of the Year“. Diese Titel verlieh die Technology Review in Deutschland zum ersten Mal.
Akkus für die Energiewende
Die zukunftsweisende Technologie, an der Volker Presser am Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM) in Saarbrücken forscht, könnte – so Heise – zu einer Schlüsseltechnologie für die Energiewende werden. Seine Superkondensatoren, Supercaps genannt, sollen extrem schnell Energie aufnehmen und sich millionenfach be- und entladen lassen. Gleichzeitig sollen sie die große Speicherkapazität herkömmlicher Akkus besitzen.
Energie-Materialien (INM-Darstellung)
Die Juniorforschungsgruppe “Energie-Materialien” um Presser am INM entwickelt neuartige Materialien für die elektrochemische Energiespeicherung, wofür vor allem Doppelschichtkondensatoren und Pseudokondensatoren systematisch aufgebaut werden. Dies schließt neben der Synthese poröser Kohlenstoffe und hybrider Nanomaterialien auch die gezielte Untersuchung der komplexen Struktur-Eigenschafts-Beziehungen ein und mündet in der Entwicklung voll funktionsfähiger Zellen.
Hierbei werden moderne Synthesemethoden und -technologien eingesetzt, die es erlauben, Oberflächen gezielt chemisch und strukturell zu modifizieren und In-Situ-Messungen durchzuführen. Das Ziel ist es, die elektrochemische Energiespeicherkapazität und –leistung zu steigern, indem die zugrunde liegenden physikochemischen Prozesse im Detail verstanden werden.
Die Energie-Materialien-Gruppe konzentriert sich vor allem auf die folgenden Punkte:
- Entwicklung von Pseudokondensatoren mit hoher Energiedichte,
- Entwicklung hierarchisch poröser Kohlenstoffnanofasern und
- systematische Leistungscharakterisierung unter realen Einsatzbedingungen und mittels in-situ Methoden. Motivation: Elektrochemische Energiespeicherung (EES)
Im heutigen Stromnetz wird der Verbrauch zum allergrößten Teil erzeugerseitig ausgeglichen. Das bedeutet, dass nur ein sehr kleiner Teil der Energie tatsächlich gespeichert wird und Schwankungen im Verbrauch direkt durch Veränderungen in der Menge erzeugter Energie kompensiert werden. Mit dem Aufkommen erneuerbarer Energien wird das Netz jedoch vor neue Herausforderungen gestellt, da beispielsweise Solarstrom und Windenergie extrem stark in der Produktionsrate schwanken. Die Frage, wie man trotz eines wünschenswert hohen Anteils erneuerbarer Energieträger dennoch die Netzstabilität gewährleistet, ist bisher technologisch nicht beantwortet worden. Derzeit werden verschiedenste Technologien hierzu entwickelt, (Ausschnitt in Abbildung 1). Die meisten dieser Technologien erfordern, dass die primär elektrisch erzeugte Energie in chemische oder mechanische Energie überführt wird – dies geht jedoch meist stark zu Lasten der Effizienz und der Lade- und Entladegeschwindigkeit. Direkte elektrochemische Energiespeicherung umgeht dieses Problem, und es ist mittel EES möglich, nicht nur sehr schnell, sondern auch extrem effizient Energie zu speichern.
Hocheffiziente, zuverlässige und langlebige Energiespeichertechnologien werden jedoch nicht nur im großen Maßstab für das Stromnetz benötigt, sondern auch für verschiedenste andere Anwendungen. So ist EES überall dort gefragt, wo schnell geladen und entladen werden muss (zum Beschleunigen, Bohren oder Anheben) oder dort, wo extreme Umgebungstemperaturen den Einsatz herkömmlicher Batteriesysteme aus Sicherheitsgründen nicht gestatten (z.B. in arktischen oder wüstenähnlichen Regionen).
Folgt: Technologischer Ansatz: Elektrochemische Doppelschichtkondensatoren (EDLCs)