Batterien und Superkondensatoren der Zukunft speichern weitaus mehr Energie als jene Bauteile, die heute genutzt werden. Außerdem erhöht sich ihre Lebensdauer drastisch. [...]
Möglich macht das ein von der Stanford University entwickeltes mathematisches Modell. Die von Forscher Daniel Tartakovsky designte Software simuliert die Eigenschaften neuer Werkstoffe.
Suche nach bestem Werkstoff
„Mit unserem mathematischen Modell können Werkstoffwissenschaftler herausfinden, was von einem neuen Material zu erwarten ist“, so Tartakovsky. Man könne unterschiedliche Werkstoffe mit verschiedenen Strukturen und nanometergroßen Poren am Bildschirm vergleichen. Das am besten geeignete Material werde dann real hergestellt und in einer Batterie getestet. „Wenn man Elektroden mit einer weitaus höheren Speicherkapazität herstellen kann als heute üblich, wird sich die Leistung von Batterien dramatisch erhöhen“, sagt der Forscher.
„Mit unserem mathematischen Modell können Werkstoffwissenschaftler herausfinden, was von einem neuen Material zu erwarten ist“, so Tartakovsky. Man könne unterschiedliche Werkstoffe mit verschiedenen Strukturen und nanometergroßen Poren am Bildschirm vergleichen. Das am besten geeignete Material werde dann real hergestellt und in einer Batterie getestet. „Wenn man Elektroden mit einer weitaus höheren Speicherkapazität herstellen kann als heute üblich, wird sich die Leistung von Batterien dramatisch erhöhen“, sagt der Forscher.
Tartakovsky ist Experte für poröse Werkstoffe, aus denen Elektroden für Hochleistungsbatterien entstehen. Bisher waren die Entwickler auf das Prinzip „Versuch und Irrtum“ angewiesen: Sie stellen ein neues Material her, von dem sie glauben, es könne einen Fortschritt bringen. Erst beim Test in einer realen Batterie stellt sich heraus, ob es etwas taugt oder nicht.
Schub für Superkondensatoren
Batterien wären bei gleicher Leistung kleiner als heutige Produkte. In Elektroautos passen dann vielleicht Speicher mit der doppelten Kapazität, was die Reichweite ebenfalls verdoppeln würde. Smartphones und andere mobile Geräte würden mit einer Batterieladung zwei oder drei Tage lang auskommen. Heute müssen sie meist nach 24 Stunden aufgeladen werden.
Batterien wären bei gleicher Leistung kleiner als heutige Produkte. In Elektroautos passen dann vielleicht Speicher mit der doppelten Kapazität, was die Reichweite ebenfalls verdoppeln würde. Smartphones und andere mobile Geräte würden mit einer Batterieladung zwei oder drei Tage lang auskommen. Heute müssen sie meist nach 24 Stunden aufgeladen werden.
Laut Tartakovsky könnten Superkondensatoren mit weitaus höherer Leistung gebaut werden, wenn man die eingesetzten Werkstoffe mit seinem Modell optimiert. Diese Speicher lassen sich sekundenschnell aufladen, während Batterien Stunden benötigen. Allerdings speichern Kondensatoren weniger Energie als Batterien. Aus diesem Grund werden zumindest in größeren Fahrzeugen wie Bussen und Bahnen oft beide Speichermedien eingesetzt. Die Kondensatoren schlucken dann den Strom, der beim Bremsen erzeugt wird. Sie geben ihn wieder ab, wenn kurzzeitig mehr Leistung abgerufen wird, etwa beim Beschleunigen.
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