Posted in: Chemie, Physik 15. März 2012 20:00 Weiter lesen →

Viel Strom aus Kohlenstoffflocken

Grafik zeigt dicht an dicht, unregelmäßig angeordnete Graphenflocken als Kugel-Stab-Modell, einige stilisierte Blitze Winzige Flocken aus reinem Kohlenstoff geben äußerst leistungsfähige Stromspeicher ab. Entsprechende Resultate präsentieren amerikanische und ägyptische Chemiker im Magazin „Science“. Hergestellt mit einem ebenso einfachen wie eleganten Verfahren, erreicht ihr Graphenkondensator die Speicherfähigkeit herkömmlicher Akkus, lässt sich allerdings binnen Sekunden aufladen.

Grafik: Copyright Science/AAAS

„Eine derart bemerkenswerte Leistungsfähigkeit wird von kommerziellen Elementen noch nicht erreicht“, schreiben die Forscher um Richard Kaner von der University of California in Los Angeles. Darüber hinaus könne man ihre Graphenkondensatoren nach Belieben falten und biegen. Daher „könnten sie ideal geeignet sein für den Einsatz in flexiblen und tragbaren elektronischen Geräten der nächsten Generation“.

Kaner und Kollegen stellen ihre Graphen-Kondensatoren auf denkbar kostengünstige Weise her. Das Ausgangsmaterial ist aus reinem Kohlenstoff bestehendes Graphit, wie es aus der Bleistiftmine bekannt ist. Durch Behandlung mit Schwefelsäure und Oxidationsmitteln entsteht daraus Graphitoxid, wobei das Material in einzelne Schichten zerfällt. Diese Oxidflöckchen scheiden die Forscher auf einer Oberfläche ab, die sie in einem herkömmlichen DVD-Brenner platzieren. Der Laser des Brenners treibt die Sauerstoffatome wieder aus dem Oxid aus und zurück bleibt ein hauchdünner und elektrisch extrem gut leitfähiger Film aus Graphenflocken.

Ein Stapel aus zwei dieser Graphenschichten und einer gelartigen Polymertrennschicht ergibt einen weniger als 0,1 Millimeter dicken Kondensator, berichten die Chemiker. Dank der großen inneren Oberfläche des Graphenfilms von 1.520 Quadratmeter pro Gramm kann das dünne und biegbare Bauteil schon bei einer Betriebsspannung von 1 Volt reichlich elektrische Energie speichern.

Die Leistungsfähigkeit steigt, wenn statt des Polymergels eine ionische Flüssigkeit als Trennmedium zum Einsatz kommt. Mit einer Betriebsspannung von nunmehr 4 Volt erreicht der Laborprototyp eine Energiedichte von beinahe 200 Wattstunden pro Kilogramm und kommt damit an kommerzielle Lithium-Polymer-Akkumulatoren heran. Aufgrund der hohen Leitfähigkeit des Graphenfilms kann er seine Ladung zudem sehr schnell aufnehmen und wieder abgeben und bringt es so auf eine Leistungsdichte von etwa 2.800 Kilowatt pro Kilogramm.

Forschung: Maher F. El-Kady, Veronica Strong, Sergey Dubin und Richard B. Kaner, Department of Chemistry and Biochemistry und California Nanosystems Institute, University of California, Los Angeles, und Department of Chemistry, Cairo University, Gizeh

Veröffentlichung Science, Vol. 335, 16. März 2012, pp 1326–30, DOI 10.1126/science.1216744

WWW:
Kaner Laboratory, UCLA
Graphite and Graphene
Superkondensatoren

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Freie Bahn für Elektronen

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2 Kommentare zu "Viel Strom aus Kohlenstoffflocken"

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  1. Harzendorf sagt:

    Leistungsdichte= Kilowattstunden?
    Wohl eher wattstunden.

    [Stimmt, bei der Energiedichte nur Wattstunden. Danke für den Hinweis! Die Red.]

  2. Sigi sagt:

    Ein Miniatomkraftwerk für Jedermann?
    Scherzkeks: denn die 2800 kW / kg können somit auch nicht stimmen,
    die Leistungsdichte: ist vmtl. eher 2.8 kW / kg