Superkondensatoren: Mehr Energie dank kleinerer Poren

Ist die Porengröße der Elektroden eines "Superkondensators" zu klein für die Moleküle des umgebenden Elektrolyten, sollte seine Kapazität abnehmen. Das jedenfalls dachten die Experten bisher. Doch zu ihrer eigenen Überraschung gelang es Forschern aus Amerika und Frankreich, die Kapazität eines Superkondensators mit eigentlich zu kleinen Porengrößen um 50 Prozent zu erhöhen.

Philadelphia (USA)/Toulouse (Frankreich) - Die Wissenschaftler berichten in der Onlineausgabe des Fachblatts "Science" von ihrer Entdeckung, die neue Wege zur Energieversorgung von elektronischen Geräten und Elektrofahrzeugen eröffnen könnte.

Superkondensatoren -- auch als Doppelschicht-Kondensatoren bezeichnet -- besitzen die höchste Kapazität aller Kondensatoren und können deshalb besonders viel Energie für technische Anwendungen liefern. Sie bestehen zumeist aus zwei Elektroden aus Kohlenstoff, die von einer Elektrolytflüssigkeit umgeben sind. Wird an die Elektroden eine Spannung angelegt, so sammeln sich an ihnen die Ionen unterschiedlicher Ladung aus dem Elektrolyten. Die Elektroden besitzen eine schwammartige Struktur, damit sie besonders viele Ionen aufnehmen können.

Das Problem: An den Ionen lagern sich -- angezogen von der elektrischen Ladung -- weitere Moleküle an. So entstehen etwa ein Nanometer große Molekülansammlungen. Deshalb gingen die Forscher bislang davon aus, dass Porengrößen unterhalb von einem Nanometer ein Eindringen der Ionen in die Elektroden verhindern und so zu einer Verringerung der Kapazität eines Superkondensators führen würden.

Yury Gogotsi von der Drexel University in Philadelphia und seinem Team gelang es nun erstmals, mithilfe eines trickreichen Verfahrens die Porengröße der Elektronen in einem Bereich von 0,6 bis 2,25 Nanometern zu kontrollieren. Eigentlich hielten die Forscher es für überflüssig, Messungen bei den kleinsten Porengrößen vorzunehmen. Umso größer war ihre Überraschung, als sich bei der kleinsten Porengröße eine um 50 Prozent größere Kapazität als bei gewöhnlichen Superkondensatoren zeigte.

Wie es zu diesem Effekt kommt, wissen Gogotsi und seine Kollegen bislang nicht. Vielleicht quetschen sich die Ionen samt Begleitung in die Poren, vielleicht streifen sie die sie begleitenden Moleküle auch ab. Doch dank des von dem Forscherteam erfundenen Verfahrens zur Kontrolle der Porengröße sollte es nun möglich sein, mit weiteren Experimenten zu untersuchen, was dort auf molekularer Ebene vorgeht.