Diamanten als Energiespeicher

03.01.2014 - Deutschland

Diamanten zum Speichern von Energie? Das klingt zunächst überraschend. Doch genau diesen Ansatz verfolgen Forscherinnen des Bayerischen Zentrums für Angewandte Energie e.V. (ZAE Bayern) und der Universität Würzburg in einem jüngst bewilligten Projekt im Rahmen des Projektverbundes UMWELTnanoTECH. Dabei sollen sogenannte Nanodiamanten helfen, elektrische Energiespeicher noch effizienter zu machen. Rund 3 Millionen Euro Euro Förderung gibt es für den Projektverbund vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz.

Keine Energiewende ohne effiziente Speichermedien

Die umweltverträgliche Energieversorgung der Zukunft ist eine der zentralen Herausforderungen dieser Zeit. Dabei kommt der Speicherung elektrischer Energie eine besondere Bedeutung zu, wie der Bayerische Minister für Umwelt und Verbraucherschutz, Dr. Marcel Huber, im Rahmen der Auftaktveranstaltung des Netzwerkes am 22. November im Deutschen Museum in München betonte.

Superkondensatoren als Energiespeicher der Zukunft

Sogenannte Superkondensatoren, auch Supercaps genannt, können elektrische Energie ohne verlustreiche Umwandlungsprozesse innerhalb von Sekunden aufnehmen und wieder abgeben. Superkondensatoren sind daher vor allem für schnelle Lade- und Entladevorgänge interessant, wie beispielsweise die Rückgewinnung von Bremsenergie (sog. Rekuperation) in Fahrzeugen.
Supercaps werden aus hochporösen Kohlenstoffen, wie Aktivkohle oder sogenannten Aerogelen, gefertigt. Fünf Gramm dieser Materialien besitzen eine Oberfläche so groß wie ein ganzes Fußballfeld. Hierdurch ist es möglich, Kondensatorelektroden mit sehr hohen volumenspezifischen Kapazitäten bereit zu stellen. Außerdem übersteigt die Lebensdauer von Superkondensatoren die von Batterien um ein Vielfaches. Trotz dieser Vorteile liegt momentan die maximal speicherbare Energiemenge der verfügbaren Supercaps noch ein bis zwei Größenordnungen unter den Werten, die derzeit von Akkumulatoren erzielt werden.

Nanotechnologie soll´s richten

Die Nanotechnologie soll hier helfen: Aktuelle internationale Forschung hat gezeigt, dass der Einbau von Nanodiamanten in die Matrix der Kondensatorelektroden eine erhebliche Steigerung der Kapazität und damit der Energiedichte verspricht. Genau das soll in dem auf drei Jahre ausgelegten Projekt nun genauer untersucht werden. Dabei soll vor allem geklärt werden, welche Funktion die Nanodiamanten in der Elektrodenmatrix besitzen, denn obgleich beide aus Kohlenstoff bestehen, ist ihre strukturelle Zusammensetzung doch fundamental verschieden. Besonders interessant ist, ob die Diamanten eine aktive Komponente darstellen oder lediglich als Additiv zur gesteigerten Kapazität beitragen.

Durch die Nanodiamant-Komponente ist keine signifikante Kostensteigerung für den Speicher zu erwarten. Anders als man nämlich glauben könnte, fallen diese drei bis fünf Nanometer großen Kohlenstoffpartikel als Abfallprodukte bei der Entsorgung von Sprengstoffen an und sind daher in industriellem Maßstab kostengünstig verfügbar.

Interdisziplinäre Kollaboration

Um den Erfolg dieses Projektes zu gewährleisten, arbeitet daran ein interdisziplinäres Team: Die Arbeitsgruppe von Frau Prof. Dr. Anke Krüger von der Fakultät für Chemie und Pharmazie der Universität Würzburg ist führend in der Herstellung, Funktionalisierung und Charakterisierung von Nanodiamant-Materialien. Dr. Gudrun Reichenauer vom ZAE Bayern ist eine Expertin im Bereich Aerogel-basierter elektrischer Energiespeicher. Ihr Team verfügt über langjährige Erfahrung in der Synthese synthetischer poröser Kohlenstoffe und der elektrochemischen Charakterisierung von Speicherkomponenten.

https://www.chemie.de/news/146282/diamanten-als-energiespeicher.html