Graphen-Superkondensatoren für die Speicherung von Energie

Graphen-Superkondensatoren für die Speicherung von Energie
© Foto Fraunhofer IAF

Aus Grafitflocken (oben links), einer reichhaltigen und natürlichen Ressource, kann mit geeigneten Methoden Graphen (unten rechts) gewonnen werden.

Elektrische Energie in großen Mengen speichern zu können und mobil verfügbar zu machen sind wichtige Voraussetzungen für den Ausbau von erneuerbaren Energien. Das Fraunhofer IAF arbeitet zusammen mit der Universität Freiburg im Rahmen des »Leistungszentrums Nachhaltigkeit« an Superkondensatoren auf Basis von Graphen, die als Energiespeicher ─ zum Beispiel in Elektroautos – viele Vorteile versprechen.

Als Energiespeicher erfüllen Superkondensatoren in elektrisch betriebenen Autos eine wichtige Funktion: Sie gleichen Leistungsspitzen aus, die beim Anfahren oder Bremsen entstehen. Auch die Laufzeit und Lebensdauer von Batterien kann durch den Einsatz von Superkondensatoren verlängert werden. Jüngste Ergebnisse zeigen eine Erhöhung der Lebensdauer von Batterien in Elektroautos durch Superkondensatoren um 76 Prozent. Das Fraunhofer IAF forscht an leistungsfähigen Materialien für Superkondensatoren, die kostengünstig herstellbar und umweltverträglich sind. Vielversprechend sind hierfür Materialien basierend auf Graphen.

Graphen – nachhaltig, umweltschonend und energieeffizient

Insbesondere für den Einsatz in Superkondensatoren, aber auch für Batterietechnologien oder (Bio-) Brennstoffzellen bietet Graphen ein großes Potenzial: Seine Materialeigenschaften können zu einem geringeren Serienwiderstand, höherer Leistungsdichte und verlängerter Lebensdauer führen. Als Ausgangsmaterial wird Naturgrafit verwendet – eine reichhaltige, natürliche Ressource. Außerdem ist die Entsorgung und Umweltverträglichkeit des Kohlenstoffmaterials unkritisch. Somit werden die Superkondensatoren alle Kriterien »grüner Chemie« erfüllen.

G-ONET: Interdisziplinäre Zusammenarbeit im Rahmen des »Leistungszentrums Nachhaltigkeit«

Im Projekt »G-ONET« arbeitet das Fraunhofer IAF nun zusammen mit dem Institut für Makromolekulare Chemie (MAKRO) und dem Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg an Graphen-organischen Materialien für Superkondensatoren. Das Fraunhofer IAF entwickelt dazu eine auf Chemisorption von Wasserstoff basierte Herstellungsmethode von Graphenflocken. Das MAKRO bringt seine Expertise bei der Vernetzung und der Funktionalisierung von Graphen ein. Aus dem vernetzten Elektrodenmaterial werden am IMTEK schließlich Superkondensatoren gebaut und charakterisiert. Das Projekt »G-ONET« ist eines der Pilotprojekte des neu gegründeten »Leistungszentrums Nachhaltigkeit«. Im Rahmen des Leistungszentrums bündeln die fünf Freiburger Fraunhofer-Institute und die Universität Freiburg ihre Kompetenzen und forschen in zwölf Pilotprojekten an Lösungen für eine nachhaltige Entwicklung unserer Gesellschaft.