Superkondensatoren für die Energiewende

Umweltfreundliche, effiziente und kostengünstige Energiespeicher: Daran arbeitet ein neues europaweites Forschungsprojekt. Beteiligt sind auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Würzburg.

Der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung in Deutschland lag im Jahr 2022 bei knapp 50 Prozent. Geht es nach dem Willen der Bundesregierung, soll dieser Anteil bis 2030 auf 80 Prozent steigen. Unklar ist in diesem Szenario allerdings noch die Frage, wie sich diese Energie effizient speichern lässt, um den Bedarf auch dann decken zu können, wenn die Sonne mal nicht scheint und der Wind nicht weht.

An diesem Problem arbeitet jetzt ein neuer europäischer Forschungsverbund. EMPHASIS, so dessen Name, hat sich das Ziel gesteckt, ein hochmodernes Energiespeichersystem zu entwickeln. Neuartige Superkondensatoren sollen dabei eine zentrale Aufgabe übernehmen. Auf Seiten der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) daran beteiligt sind Dr. Guinevere Giffin vom Lehrstuhl für Chemische Technologie der Materialsynthese und Professor Maik Finze, Inhaber des Lehrstuhls für Anorganische Chemie III, vom Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB).

Superkondensatoren für Elektromobilität und Smart-Wearables

„Superkondensatoren sind elektrochemische Speichergeräte, die eine höhere Energiedichte als herkömmliche Kondensatoren aufweisen. Sie können sehr schnell ge- und entladen werden und sind deshalb für Anwendungen relevant, die hohe Leistung und schnelle Lade- und Entladezyklen erfordern, wie beispielsweise in Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen für erneuerbare Energien“, erklären Guinevere Giffin und Maik Finze den technischen Hintergrund.

EMPHASIS konzentriert sich in seiner Forschung auf zwei Bereiche: Elektromobilität und Smart-Wearables. Beide Bereiche seien zwar „besonders wachstumsstark, aber auch mit einigen Schwierigkeiten behaftet“, wie es auf der Projekt-Homepage heißt. Die beteiligten 13 Partner aus fünf europäischen Ländern verfolgen das Ziel, neuartige, aus natürlichen Ressourcen gewonnene Materialien als Grundlage der von ihnen entwickelten Superkondensatoren zu verwenden. Darüber hinaus wollen sie das Design von Energiespeichern weiterentwickeln und die Designprozesse insgesamt verbessern.

In den nächsten drei Jahren erhalten sie dafür 5,4 Millionen Euro, von denen etwa 460.000 Euro für die Forschenden aus Würzburg sind, aus dem Programm Horizon Europe der Europäischen Kommission.

Materialien aus Biomasse

Wenn der Verkehrssektor der Zukunft tatsächlich klimaneutral und umweltfreundlich vonstattengehen soll, ist klar, dass dafür neue Energiespeicher zum Einsatz kommen müssen. „Die heute verwendeten Lithium-Ionen-Batterien stellen alleine noch keine optimale Lösung dar“, sagen Guinevere Giffin und Maik Finze. Vor allem die Langlebigkeit von Batterien soll durch die Kombination mit Superkondensatoren in Zukunft verbessert werden.

EMPHASIS setzt deshalb bei der Entwicklung seiner Superkondensatoren auf Materialien, die teilweise aus Biomasse gewonnen werden. Damit verbunden sind zum einen verbesserte Eigenschaften und zum anderen eine bessere und umweltfreundliche Verfügbarkeit der Rohstoffe. Das Würzburger Team arbeitet an der Entwicklung von speziell auf die neuen Materialien abgestimmten Elektrolytkomponenten.

Im wachsenden Markt von Smart-Wearables ist die Verfügbarkeit effizienter und kostengünstiger Energiespeicher, die sich leicht integrieren und an das Produktdesign anpassen lassen, von großer Bedeutung. Nur so wird es in Zukunft möglich sein, immer mehr elektronische Features in Smart-Wearables zu integrieren. „Hier setzt EMPHASIS mit neuen Ideen und Entwicklungen an, die von Partnern aus unterschiedlichen Bereichen gemeinsam bearbeitet werden“, erklären Guinevere Giffin und Maik Finze.

Ein neuartiges klimaneutrales Energiesystem

„EMPHASIS ist bestrebt, mit der Definition und Entwicklung eines Konzepts für Superkondensatoren der nächsten Generation unter Verwendung ‚grüner‘ Materialien den Übergang zu einem neuartigen klimaneutralen Energiesystem vorantreiben“, sagt Projektkoordinator Dr. Antonios Vavouliotis vom griechischen Unternehmen Pleione Energy S.A. Ziel sei es, praktikable Lösungen für sichere Speichergeräte mit hoher Energie- und Leistungsdichte zu entwickeln.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Guinevere Giffin, Lehrstuhl für Chemische Technologie der Materialsynthese, guinevere.giffin@uni-wuerzburg.de

Prof. Dr. Maik Finze, Lehrstuhl für Anorganische Chemie III, T: +49 931 31-85857, maik.finze@uni-wuerzburg.de

Originalpublikation:

https://www.emphasis-supercaps.eu Webseite

https://www.uni-wuerzburg.de/aktuelles/einblick/single/news/superkondensatoren-fuer-die-energiewende/