Akkus aus Kondensatoren
Renaissance für eine alte Technik: Die Akkus der Zukunft könnten aus Kondensatoren bestehen.
An Lithiumionen- oder Lithiumpolymer-Akkus führt mangels Alternativen in Mobilgeräten derzeit kein Weg vorbei. Eine hohe Energiedichte und schnelle Reaktion auf Lastspitzen zeichnen sie aus. Die unvermeidliche Alterung der Lithiumionenzellen in wenigen Jahren, die schlechte Ökobilanz und vor allem der langsame Ladevorgang sind jedoch nach wie vor ungelöste Probleme.
Ein radikaler Vorschlag zur Lösung dieser mobilen Energieprobleme kommt von Joel Schindall) vom Labor für elektromagnetische und elektrische Systeme am Massachusetts Institute of Technology (MIT). Er hat den Kondensator als Stromspeicher wiederentdeckt und will ihn mit Hilfe von nanotechnologischen Verfahren fit für die Zukunft machen.
Kondensatoren halten lange und laden im Vergleich zu chemischen Stromspeichern wie Lithiumionen-Akkus extrem schnell. Wegen der begrenzten Kondensatorfläche liegt ihre Energiedichte jedoch deutlich unter der von derzeit üblichen Akkus. Diesem Nachteil rückt Schindall mit Kohlenstoffröhrchen (Nanotubes) zu Leibe. Die Elektroden sind bedeckt mit senkrecht stehenden Nanoröhrchen, die die Kondensatorfläche um ein Vielfaches steigern. Schindall hält eine Energiedichte von 100 Wh/kg für möglich – die gleiche Größenordnung wie Lithiumionen-Zellen.
Wann es so weit ist, weiß auch Schindall nicht, seine Gruppe züchtet derzeit erst die Nanoröhrchen. Doch nicht nur die MIT-Gruppe hat den Kondensator als mobilen Energiespeicher entdeckt. Auch Gehan Amaratunga von der University of Cambridge, Großbritannien, sieht in der Technik Zukunftspotenzial. Er baut ebenfalls mit Hilfe von Nanröhrchen winzige Kondensatorspeicher für Anwendungen in integrierten Schaltungen und auch für PDAs. Mögliche Anwendungen von Kondensatorspeichern sehen die Forscher auch bei Hybridautos.
Und was ist mit mobilen Brennstoffzellen? Seit Jahren stellen Unternehmen Prototypen vor, die Serienreife wird mit schöner Regelmäßigkeit Jahr für Jahr verschoben. In den nächsten Jahren jedenfalls werden Brennstoffzellen Lithiumionenzellen bei Mobilgeräten nicht ablösen können: Die Abwärme ist zu hoch für einen Einbau in kleinen Geräten; und die Direktmethanolzellen (DMFC), an denen hauptsächlich geforscht wird, können kurzzeitige Lastspitzen, wie sie vor allem bei Notebooks auftreten, nicht versorgen. Ihr Vorteil liegt allein darin, eine konkurrenzlos hohe Energiedichte zu haben, wenn eine Laufzeit von mehreren Tagen notwendig ist: Statt eines schweren Pakets aus mehreren Lithiumionen-Akkus genügt ein einziges Brennstoffzellensystem mit mehreren, deutlich leichteren Methanolpatronen.
Doch die Lithiumionen-Technik ist noch lange nicht am Ende. Kontinuierlich erhöhen Hersteller wie Panasonic, Sanyo und Toshiba die Energiedichte. Experten sind sich einig, dass Nanotechik auch bei Lithiumionenzellen in Kürze eine große Rolle spielen wird. Nanostrukturierte Elektroden erlauben hohe Stromdichten, doch unter anderem die Verarbeitung solcher Oberflächen bereitet Probleme. Das Ende der Fahnenstange ist für diesen Stromspeicher aber nicht erreicht. (jr)
