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Materialwissenschaft: Stromkabel als Akkuersatz

Kabel und Drähte werden verwendet, um Strom zu übertragen, aber sie können auch Energie speichern – sofern sie von einem Superkondensator umhüllt sind.
Superkondensator

Elektrische Leitungen versorgen Gebäude, Maschinen und Geräte mit Strom. Die insbesondere für mobile Anwendungen benötigten Energiespeicher sind davon unabhängige, meist Platz raubende Systeme. Im Juli 2014 beschrieben die Nanowissenschaftler Zenan Yu und Jayan Thomas von der University of Central Florida eine Kombination beider Welten (Advanced Materials 26, S. 4279 – 4285): ein Koaxialkabel, in dem ein Superkondensator einen Kupferkern umgibt und das deshalb Elektrizität sowohl leitet als auch zwischenspeichert.

Kondensatoren sind Bauelemente, welche die Ladung und die damit verbundene elektrische Energie zwischen zwei leitfähigen Oberflächen speichern, die nur einen geringen Abstand voneinander haben. Ihrer Kapazität liegt kein elektrochemischer Prozess in einem größeren Volumen zu Grunde wie bei einer Batterie oder einem Akkumulator. Vielmehr funktioniert der Speicherprozess, weil sie an ihren Elektrodenoberflächen Ionen nach der Polarität trennenund dort anlagern. Bei einem Abstand in atomaren Dimensionen erreichen Superkondensatoren eine hohe Kapazität, mithin eine große Energiedichte. Bei so genannten Pseudokondensatoren laufen zudem schnelle elektrochemische Reaktionen an den Oberflächen ab, aber eben nur dort.

Weil die Bewegung der Ladungsträger keine Diffusionsvorgänge erfordert wie bei Batterien, erfolgen diese Prozesse extrem schnell. Und da auch im Fall der Pseudokapazität keine komplexen chemischen Reaktionen notwendig sind, geht deutlich weniger gespeicherte Energie verloren, und es sind bis zu einer Million Ladezyklen möglich. ...

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  • Quellen

Jost, K., Dion, G., Gogotsi, Y.: Textile Energy Storage in Perspective. In: Journal of Materials Chemistry A 4, S. 10776 - 10787, 2012

Kwon, Y. H. et al.: Cable-Type Flexible Lithium Ion Battery Based on Hollow Multi-Helix Electrodes. In: Advanced Materials 24, S. 5192 - 5197, 2012

Yu, Z., Thomas, J.: Energy Storing Electrical Cables: Integrating Energy Storage and Electrical Conduction. In: Advanced Materials 26, S. 4279 - 4285, 2014