Empa-Forscher entwickeln verbesserte Superkondensatoren auf Graphen-Basis

(CONNECT) Empa-Forschende der Gruppe Functional Thin Film Solution Processing entwickeln Superkondensatoren auf Graphen-Basis, die eine höhere Energiedichte als herkömmliche Aktivkohlemodelle erreichen. Ziel ist es laut einer Mitteilung, diese verbesserten Superkondensatoren mit hoher Leitfähigkeit, gezielt einstellbarer Porengrösse und grosser Oberfläche in die industrielle Serienfertigung zu überführen. Als Energiespeicher werden solche Kondensatoren in Gebieten wie Elektroautos, Windrädern oder auch Industriemaschinen eingesetzt.

Superkondensatoren bestehen aus zwei Elektroden, die von einem flüssigen Elektrolyten umgeben sind. Bei der Entladung transportiert der Elektrolyt die Ladungsträger (Ionen) von einer Elektrode zur anderen. Je mehr Ionen also an der Oberfläche der Elektrode andocken können, desto höher die Energiedichte des Superkondensators. Herkömmliche Modelle nutzen Aktivkohle als Elektrodenmaterial, die im Gegensatz zu Graphen eine geringe Leitfähigkeit besitzt, was zu einer geringeren Speicherkapazität führt. Die poröse Oberfläche der Aktivkohle wird weiter durch die Verwendung von Bindemitteln in der industriellen Produktion beeinträchtigt.

Die Empa-Forschenden nutzen daher ein eigenes Verfahren, um reines Graphen kostengünstig und effizient zu einer gelförmig druckbaren Tinte für die industrielle Elektrodenproduktion zu verarbeiten. Die Mischung zweier Graphen-Arten ermöglicht die gezielte Beeinflussung der Porengrösse zwischen den Graphen-Schichten in der Tinte. „Wenn wir die Porengrösse der Elektrode auf die Grösse der Ionen im Elektrolyten abstimmen, steigt die Energiedichte des Superkondensators sprunghaft an“, wird Sina Azad, Postdoktorand im Empa-Labor Functional Polymers, in der Mitteilung zitiert.

Bis Ende Projekt 2028 wollen die Forschenden ausserdem die neuartigen Elektroden selbst herstellen und in funktionierende Superkondensatoren-Prototypen einbauen. „Am Ende des Projekts wollen wir unsere Technologie auf den Markt bringen, entweder mit Industriepartnern oder über ein eigenes Spin-off“, sagt Jakob Heier, Leiter der Forschungsgruppe Functional Thin Film Solution Processing. ce/ja