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StartseiteForschung aktuellMehr Speicher für Superkondensatoren13.06.2018

Ionische FlüssigkeitenMehr Speicher für Superkondensatoren

Spannungsspitzen aus Windparks dürfen nicht ungefiltert ins Stromnetz gelangen. Träge Batterien können solche plötzlichen Schwankungen nicht puffern. Forscher setzen deshalb auf sogenannte Superkondensatoren. Deren bislang begrenzte Speicherkapazität wollen Augsburger Physiker mit einem Trick erhöhen.

Von Frank Grotelüschen

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Windraeder im Rapsfeld, aufgenommen in Schoepstal, Deutschland (imago/Florian Gärtner)
Windräder im Rapsfeld aufgenommen in Schoepstal (imago/Florian Gärtner)
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"Elektrisches Bauelement zum Speichern elektrischer Ladungen". So beschreibt der Duden einen Kondensator. Und der Winzling steckt wirklich überall drin.

"In jedem Handy sind kleine Kondensatoren verbaut. 300 bis 400 Stück tragen Sie quasi mit sich herum."

Ein Standardbauteil der Mikroelektronik. Ohne Kondensatoren funktionieren weder Smartphones noch Computer, sagt Stephan Krohns, Physiker an der Universität Augsburg. Mittlerweile gibt es die Teile aber auch als XXL-Version. Die Fachwelt spricht vom Superkondensator.

"Der ist besonders schnell und besonders effizient, wenn es darum geht, Strommengen in kürzester Zeit zu speichern."

Bereits in Bussen und Straßenbahnen im Einsatz

Superkondensatoren kommen heute zum Beispiel in Straßenbahnen und Bussen zum Einsatz, um Energie beim Bremsen zu gewinnen. Und in Windrädern helfen sie, den Rotor innerhalb von Sekunden aus dem Wind heraus oder in den Wind hinein zu drehen. Aber sie haben einen Nachteil:

"Die Menge an Energie, die man dann speichern kann, ist beschränkt."

Superkondensatoren sind zwar schnell, können also kurzzeitig eine hohe Leistung abrufen. Doch verglichen mit einer gleichgroßen Batterie speichern sie deutlich weniger Energie, maximal ein Zehntel. Ließe sich ihr Speichervermögen verdoppeln, könnten Superkondensatoren nützlich sein fürs Stromnetz der Zukunft. Sie könnten schnelle Leistungsspitzen von Windrädern und Solarzellen abfedern und dadurch Netzspannung und -frequenz stabilisieren. Und man könnte sogar Geld mit ihnen machen – etwa beim sogenannten Intraday-Markt an der Strombörse. Hier wird Strom zum Teil im Minutentakt gehandelt.

Speichern, wenn der Strom gerade billig ist

"In diesem Markt ist eine hohe Flexibilität sehr wichtig. Denn es gibt dort die Möglichkeit, Hochpreisphasen und Tiefpreisphasen, die deutlich über dem Durchschnittspreis liegen, auszunutzen. Und wer flexibler ist, kann sich dort diese Preisdifferenz zunutze machen und einen höheren Profit ziehen."

Die Idee: Ist der Strom gerade billig, könnten ihn Superkondensatoren rasch speichern – um ihn dann ebenso rasch bei der nächsten Hochpreisphase wieder abzugeben, und zwar für gutes Geld. Dafür allerdings müsste man ihnen mehr Speichervermögen verpassen. Genau das versuchen Stephan Krohns und seine Leute. Ihr Ansatzpunkt ist der Elektrolyt, eine leitende Flüssigkeit im Inneren des Kondensators. Bislang nimmt man dafür gelöste Salze. Die Augsburger versuchen es mit einer Alternative, mit sogenannten ionischen Flüssigkeiten.

"Das sind Salze, die bei Raumtemperatur flüssig vorliegen. Das heißt, dort hat man kein zusätzliches Lösungsmittel, sondern eine reine Suppe bestehend aus Ionen."

Ein Salz also, das bereits bei niedrigen Temperaturen geschmolzen ist. Bislang aber hapert es bei den ionischen Flüssigkeiten noch an der Leitfähigkeit. Sie müsste noch erhöht werden, wollte man die Speicherkapazität eines Superkondensators nach oben schrauben.

Durch ionische Flüssigkeiten Leitfähigkeit erhöhen

"Wir versuchen die Leitfähigkeit von diesen Substanzen zu erhöhen, indem man verschiedene ionische Flüssigkeiten kombiniert. Das wäre ein Ansatz, um die Leitfähigkeit zu erhöhen. Die ist momentan noch der limitierende Faktor für den Einsatz dieser Materialien in Superkondensatoren."

Derzeit fahnden die Forscher nach der besten Kombination verschiedener ionischer Flüssigkeiten – oder anders gesagt nach einem optimalen Ionensuppen-Mix. Die ersten Ergebnisse sind vielversprechend. Sie deuten darauf hin, dass sich die Speicherkapazität tatsächlich steigern lässt. Dennoch: Als alleiniger Stromspeicher im Netz dürfte auch eine neue Kondensatorgeneration nicht in Frage kommen. Wahrscheinlicher ist, dass man sie in Kombination mit Batterien einsetzt. Denn indem sie gefährliche Leistungsspitzen abfedern, könnten die Superkondensatoren die Lebensdauer der Batterien deutlich steigern.

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