Kondensatoren aus Nanoblüten als Stromspeicher

Weite Wiesen mit vielen winzigen Nanoblumen aus Manganoxid können Strom rasch und effizient speichern - Alternative zu Lithium-Akkus für Autos

Peking (China) - Kondensatoren können sehr viel schneller mit Strom aufgeladen werden als Batterien. Trotz der geringeren Kapazität könnten sie elektronische Geräte und Elektromobile antreiben helfen. Und poröse Nanostrukturen steigern die Leistungsfähigkeit einfacher Stromspeicher. Jetzt züchteten chinesische Forscher millionstel Millimeter kleine Nanoblumen, aus denen sich effiziente Ultrakondensatoren bauen lassen. In der Fachzeitschrift "Nano Letters" berichten sie, dass ihre Labormuster doppelt so viel elektrische Ladung speichern können als bisher existierende Ultrakondensatoren.

"Nanostrukturen sind die Schlüsselkomponenten in der Entwicklung zukünftiger Energietechnologien", schreiben Hao Zhang und seine Kollegen von der Universität Peking. Wie ein Schwamm können die neuen Ultrakondensatoren elektronische Ladungen aufsaugen und für eine spätere Nutzung speichern. Auf einer hochreinen Tantal-Elektrode ließ Zhang eine ganze Wiese aus Kohlenstoffnanoröhrchen wachsen. Darauf konnten sich aus einer Molekülwolke - gesteuert über elektrische Felder - Manganoxid-Teilchen auf den Nanoröhrchen absetzen. Dabei bildeten sich winzige Manganoxid-Kügelchen, die wie Nanoblüten auf jeweils zwei Nanoröhrchenstängeln "wuchsen".

Mit dieser geschickten, nanostrukturierten Kombination aus leitfähigen Nanoröhrchen-Stängeln und isolierenden Manganoxid-Blüten entstanden Ultrakondensatoren mit bisher unerreichten Eigenschaften. Mit einer Stromdichte von bis zu 77 Ampere pro Gramm ließen sich die Nanowiesen viele tausend Mal auf- und entladen. Nach 20.000 Zyklen verloren sie nur etwa drei Prozent ihrer Speicherkapazität.

Einsatzreif sind diese Nanostrukturen für den Bau von Ultrakondensatoren bisher noch nicht, da noch die Hürde für eine kontrollierte Massenproduktion genommen und die Lebensdauer verlängert werden muss. Dennoch haben solche einfachen nanoporösen Stromspeicher das Potenzial, für bestimmte Anwendungen Lithiumionen-Akkus zu ersetzen. So könnte der beim Bremsen eines Autos Strom gewonnen und für kurze Zeit in den Kondensatoren zwischengespeichert werden, um zusätzlich zum Hauptantriebsakku die Elektromotoren zu speisen.