Superkondensatoren ergänzen Batterien in vielen Anwendungen – von Elektroautos bis zu Windkraftanlagen. Während Batterien viel Energie speichern, aber langsam laden, punkten Superkondensatoren mit schneller Lade- und Entladegeschwindigkeit, allerdings geringerer Speicherkapazität. «Batterien sind wie ein grosses Gefäss mit einem schmalen Hals, das sich nur langsam füllen lässt. Superkondensatoren sind eher kleine Tassen mit einer weiten Öffnung – sie füllen sich schnell, haben aber wenig Volumen», erläutert Empa-Forscher Sina Azad.
Graphen als Gamechanger
Die Leistungsfähigkeit von Superkondensatoren hängt stark von der Oberfläche und Leitfähigkeit der Elektroden ab. Heute wird meist Aktivkohle eingesetzt – mit Nachteilen bei Leitfähigkeit und Prozessierbarkeit. Graphen hingegen bietet hohe elektrische Leitfähigkeit und lässt sich gezielt strukturieren. Empa-Forschende haben ein Verfahren entwickelt, um hochwertiges Graphen kostengünstig aus Graphit «abzuschälen» und zu einer druckbaren Tinte zu verarbeiten.
Massgeschneiderte Poren
Durch die Kombination unterschiedlicher Graphen-Arten können die Porengrössen der Elektroden kontrolliert werden. «Wenn wir die Porengrösse der Elektrode auf die Grösse der Ionen im Elektrolyten abstimmen, steigt die Energiedichte des Superkondensators sprunghaft an», erklärt Azad. So lassen sich deutlich höhere Kapazitäten erzielen als mit Aktivkohle.
Fit für die Massenproduktion
Das Team setzt bewusst auf Verfahren, die industriell skalierbar sind. Elektroden aus Graphen lassen sich im Rolle-zu-Rolle-Druckprozess herstellen – derselben Technologie, die in der industriellen Fertigung bereits etabliert ist. «Am Ende des Projekts wollen wir unsere Technologie auf den Markt bringen, entweder mit Industriepartnern oder über ein eigenes Spin-off», sagt Projektleiter Jakob Heier.
Perspektive bis 2028
Das Projekt läuft bis 2028 und wird im Rahmen des Förderprogramms «Bridge» unterstützt. Bis dahin sollen nicht nur die Elektroden optimiert, sondern komplette Prototypen von Superkondensatoren gebaut und getestet werden. «Wir wollen ein echtes, zuverlässiges Produkt entwickeln», resümiert Azad.
