Hybrid aus Batterie und Doppelschichtkondensator

Das Start-up Ioxus hat einen neuartigen Energiespeicher entwickelt, der besonders schnell aufgeladen werden kann.

Wissenschaftler haben durch die Kombination der chemischen Bestandteile von Doppelschichtkondensatoren und Lithium-Ionen-Batterien einen neuartigen Energiespeicher geschaffen. Er soll die Vorteile beider Systeme, das schnelle Aufladen und die höhere Kapazität, in sich vereinen – und beispielsweise in Elektrowerkzeugen zum Einsatz kommen. Das US-Unternehmen Ioxus, wo die Technik entstand, sieht außerdem noch eine ganz andere Anwendungsmöglichkeit: hocheffiziente Module zur Rückgewinnung von Bremsenergie.

Doppelschichtkondensatoren, auch Ultrakondensatoren oder "Ultracaps" genannt, können Elektrizität in Sekunden speichern und wieder abgeben – Millionen Male, falls das nötig ist. Allerdings ist ihre Kapazität eher gering. Sie liegt bei fünf Prozent des Energiegehalts von Lithium-Ionen-Batterien. Das Ioxus-Hybridsystem kann immerhin mehr als doppelt so viel Energie pro Volumeneinheit speichern als Standard-Doppelschichtkondensatoren. Außerdem ist die Zahl der Ladezyklen mit 20.000 deutlich größer als die 1500 Zyklen typischer Lithium-Ionen-Akkus.

Ein Elektrowerkzeug mit einem Lithium-Ionen-Doppelschichtkondensator würde zwar deutlich kürzer laufen als Geräte mit regulären Akkus. Dafür ist das System aber innerhalb einer Minute aufgeladen. "Unser Produkt richtet sich an Wochenendbastler, die ihre Technik nicht jeden Tag einsetzen", sagt Mark McGough, Chef von Ioxus. Ein schnelles Aufladen sei diesen wichtiger als lange Laufzeit.

Ioxus baut bereits herkömmliche Ultracaps für Hybrid-Busse und Motoren mit Start-Stop-System, die benzinsparend unterwegs sind. Die neuen Kombikomponenten wären hier eine hervorragende Ergänzung, glaubt McGough.

Der Doppelschichtkondensator-Lithium-Ionen-Hybrid besteht aus einem ausgeätzten Aluminiumfilm, der auf einer Seite mit einer Kohlenstoffmischung besetzt ist. Dieser Aufbau ähnelt der Elektrode in einem Ultracap. Die Elektrode auf der anderen Seite des Films ist dagegen nicht mit Kohlenstoff beschichtet, sondern mit einem Lithium-Ionen-Material. Hier wird die Energie elektrochemisch gespeichert. Der Aluminiumfilm wird anschließend in eine Zylinderform gebracht.

Doppelschichtkondensatoren, wie sie in einigen Stadtbussen verbaut werden, dienen der Bremsenergierückgewinnung – sie speichern kurz Strom und geben ihnen sofort beim nächsten Beschleunigen wieder ab. Das soll den Spritverbrauch senken. Wenn sich das Hybrid-System von Ioxus entsprechend skalieren lässt, könnte es hier dabei helfen, mehr Energie zu speichern. Doch dazu muss die Anzahl möglicher Ladezyklen zunächst erhöht werden, weil ein solches Bremssystem Hunderttausende Mal beansprucht wird.

Das Grundkonzept solcher Systeme existiere bereits seit 20 Jahren, sagt Theodore Bohn, Ingenieur am Argonne National Laboratory und Spezialist für neuartige Antriebssysteme. Besonders im kleineren Stil habe sie Vorteile. "Der Hybrid-Ultracap ist gut für eine schnelle Leistungsabgabe und das gleichzeitige Speichern von Energie."

Ioxus ist nicht der erste Anbieter auf dem Markt. Eine weitere Firma, das Unternehmen JSR Micro aus Tokio, stellt bereits ähnliche Hybridkomponenten her. Bis zu dreimal mehr Energie seien speicherbar als bei herkömmlichen Doppelschichtkondensatoren, heißt es von Produktmanager Jeff Myron – in Verbindung mit bis zu 100.000 Ladevorgängen. Derzeit wird die Technik aber nur für Spezialanwendungen genutzt. Dazu gehören Backup-Stromversorgungen für medizinische Geräte. (bsc)