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BMBF
Analyse 9.1.2017

Die Grafik zeigt das Verbundkathodenmaterial.
© Dr. Sonia Dsoke

Superbatterie vereint hohe Leistung und Kapazität

Im Projekt NovaCap ermitteln Wissenschaftler in einer Studie neue Materialien für die Realisierung eines neuen Konzepts für hybride und asymmetrische Superkondensatoren. Das Konzept sieht vor batterieartiges Elektrodenmaterial mit Kondensatormaterial in einer Zelle zu vereinen. Daraus soll eine Superbatterie entstehen, die beide Vorteile kombinert: hohe Leistung und hohe Kapazität.

Projektstatus Projekt abgeschlossen
Projektlaufzeit Juli 2012 bis Dezember 2016

Leistungsfähiger Schlüsselmaterialien für asymmetrische Hybrid-Superkondensatoren mit hoher Leistungs- und Energiedichte zu entwickeln ist das Ziel der Forscher im Projekt Neue Elektrodendesignkonzepte für Hybrid-Lithium-Ionen-Superkondensatoren (NovaCap). Die Entwicklung und Optimierung von Kompositelektroden, zusammengesetzt aus Li-Insertionsmaterialien und porösen Kohlenstoffen, ist der wesentliche und wichtigste Teil des Projekts. Es ist geplant, ein nanostrukturiertes Li-Instertionsmaterial in eine poröse Kohlenstoffstruktur zu integrieren, um die elektrochemische Leistungsfähigkeit in Richtung höherer Energiedichte und kürzerer Lade-Entladezeiten zu verbessern. Das letztendliche Ziel ist die Entwicklung eines vollständigen hoch-leistungsfähigen asymmetrischen Hybrid-Superkondensators, der an Anode und Kathode aus kompositen Elektroden aus Kohlenstoff/Li-Insertionsmaterialien aufgebaut ist.

  • Verbundanodenmaterial © Dr. Sonia Dsoke
  • Hybride asymmetrische Verbund-Kathode und Anode © Dr. Sonia Dsoke
  • Die Grafik zeigt das Verbundkathodenmaterial. © Dr. Sonia Dsoke

Die Arbeit an NovaCap begannen mit der Entwicklung und Optimierung von kompositen Elektroden aus Li-Insertionsmaterialien und porösen Kohlenstoffen. Das letztendliche Ziel ist die Herstellung eines vollständigen Hybrid-Superkondensators mit hoher Leistungs- und Energiedichte. Das Projekt profitiert von der Kompetenz und Ausstattung des ZSW, sowie der exzellenten Kontakte und engen Zusammenarbeit mit vielen nationalen und internationalen Universitäten (Universität Ulm, Roma La Sapienza University, Camerino University etc.).

Hohe Leistungs- und Energiedichte

Dieses Projekt konzentriert sich auf die Studie neuer Schlüsselmaterialien für die Realisierung eines neuen Konzepts für hybride und asymmetrische Superkondensatoren, welche ein batterieartiges Elektrodenmaterial (hohe Energiedichte) mit einem Kondensatormaterial (hohe Leistungsdichte) in einer Zelle vereinen. Die Hybridisierung zwischen Superkondensator und Batterie ist ein neues Forschungsfeld, welches zur Entstehung einer neuen „Superbatterie“ mit hoher Leistungs- und Energiedichte führen soll.

Die Optimierung des hybriden asymmetrischen Superkondensators wird nach Erreichen des in Arbeitspaket 4 beschriebenen Planziels vorangetrieben. Das letztendliche Ziel ist die Entwicklung hoch-leistungsfähiger asymmetrischer Hybrid-Superkondensatoren, welche in nicht ferner Zukunft Batterien durch ihre höhere Effizienz und Lebensdauer ersetzen sollen.

In vier Schritten zur Superbatterie

Das Projekt ist auf 48 Monate angesetzt; dem Zeitplan entsprechend sind die Arbeitsphasen innerhalb der Projektzeit eingeteilt. Die Entwicklungsarbeit ist in vier aufeinanderfolgende Schritte eingeteilt:

  • Synthese und Auswahl von Kathoden- und Anodenmaterialien
  • Präparation von Komposit-Anoden und -Kathoden
  • Optimierung der Materialmorphologie und Prozessierbarkeit
  • Entwicklung von Hybrid-Batterie-Superkondensatoren

Derzeit befinden die Wissenschaftler sich in der ersten Phase des Projekts, welche die Synthese von nanostrukturierten Li-Insertionsmaterialien (für Anoden und Kathoden) und die Auswahl poröser kohlenstoffbasierter Materialien auf Basis ihrer elektrochemischen und morphologischen Eigenschaften beinhaltet. Der erste Meilenstein (M1) soll nach 12 Monaten erreicht sein. Er beinhaltet eine Evaluierung und Auswahl der vielversprechendsten Kombinationen von Kohlenstoff/Li-Insertionsmaterialien in einer asymmetrischen Konfiguration, mit einer höheren Energiedichte als vergleichbare Kohlenstoff/Kohlenstoff-Kombinationen. Der zweite Meilenstein (M2) soll nach 36 Monaten erreicht werden; hierbei soll die spezifische Kapazität des Systems durch Verwendung und Synthese neuer poröser Kohlenstoffe verbessert werden. Der dritte und vierte Meilenstein (M3 und M4) schließlich werden nach 48 Monaten errreicht, mit dem Ziel, durch weitere Optimierung der Elektroden hinsichtlich Partikelvernetzung, Porosität und Zusammensetzung bei vergleichbar hoher Leistungsdichte die Energiedichte im Vergleich zum Standard-Superkondensator zu erhöhen.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

23. Oktober 2017
E-Mobility Power System Integration Symposium

24. Oktober 2017
Wirtschaftliche Energiespeicher

7. November 2017
Energiespeicher & Wärmepumpentechnologie

» Alle Termine

Projektadressen

Ansprechpartner
  • Dr. Sonia Dsoke
    Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) - Abteilung ECM
Weitere Adressen

Infobox

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.