Neues Puffersystem schont Batterie im Elektroauto; System auch für Photovoltaik-Kraftwerke geeignet

Im Projekt „SkiPper“ haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA (Stuttgart) auf Basis von Nanokohlenstoffen ein neuartiges Superkondensator-Puffersystem entwickelt, das Leistungsspitzen abfangen und somit die Lebensdauer der Batterien verlängern soll. Das System eigne sich auch für Photovoltaik- und Windkraftwerke, berichten die Forscher.
Bei Straßenbahnen oder Hybridbussen werden heutzutage oft schon Dualspeichersysteme mit Superkondensatoren eingesetzt. Die Anwendung schont die Batterie des Fahrzeugs, indem sie mit ihrer hohen Leistungsdichte extreme Belastungen abfängt. Für Elektroautos werden solche Superkondensatoren aber noch nicht eingesetzt, da die Energiedichte bislang nicht ausreicht, um die Energie auf möglichst kleinem Bauraum zwischenzuspeichern.
Hier setzt das im April 2013 gestartete BMBF-Projekt „Superkondensatoren als Puffersysteme zur Speicherung von elektrischer Energie in Automobilanwendungen (SkiPper)“ des Fraunhofer IPA an.

Puffersystem könnte Lebensdauer der Batterie verdoppeln
„In Dualspeichersystemen mit Superkondensatoren als Puffereinheit werden Batterien immer dann unterstützt, wenn kurzzeitig eine hohe Energiemenge aufgenommen oder abgegeben werden muss oder ein zeitlich ungleichmäßiger Spitzenbedarf entsteht“, erklärt Raphael Neuhaus, Projektleiter am IPA.
Typische Anwendungsfälle in der Automobilindustrie seien die Rekuperation von Bremsenergie oder starke Beschleunigungsvorgänge. Im Vergleich zu Batterien punkten die Superkondensatoren mit ihren schnellen Ladezeiten und ihrer hohen Lebensdauer. „Da sie Energie rein physikalisch anstatt chemisch speichern, lassen sie sich bis zu einer Million Mal aufladen.“ Heutige Akkumulatoren müssten hingegen bereits nach 500 bis 1.500 Ladezyklen erneuert werden. Indem die Batterie um ein Superkondensator-Puffersystem ergänzt wird, lasse sich ihre Lebensdauer um bis zu 200 Prozent steigern, betont der Projektleiter.

Energiedichte von Superkondensatoren durch Nanokohlenstoffe maximiert
Für die Zellen des neuen Superkondensator-Puffersystems haben die IPA-Wissenschaftler Materialkompositionen auf Basis von Nanokohlenstoffen eingesetzt. „Da diese gegenüber herkömmlichen Aktivmaterialien wie Aktivkohle eine höhere spezifische Oberfläche besitzen, ermöglichen sie beim Superkondensator eine höhere Energiedichte“, so Neuhaus. Die verwendeten Elektrolyten basieren auf gelösten ionischen Flüssigkeiten. Dadurch seien sie sicherer, umweltfreundlicher, weniger entflammbar, wärmebeständig und ließen sich einfacher entsorgen bzw. wiederverwerten.

Puffersystem eignet sich auch für Photovoltaik- und Windkraftwerke
Im SkiPper-Projekt haben die Experten nicht nur verschiedene Aktivmaterialien und Stromkollektoren für Superkondensator-Elektroden getestet, sondern auch geeignete Herstellungs- und Beschichtungsprozesse ermittelt und an die Anforderungen von Nanokohlenstoffen angepasst.
Die neu entwickelten Superkondensator-Zellen sollen vorrangig in Automobilen eingesetzt werden, eignen sich aber auch für Photovoltaik- und Windkraftwerke oder in Haushalten und Hochhäusern als dezentrale Lösungen zur Energiezwischenspeicherung. Einen ersten Prototyp haben die IPA-Experten mit dem Projektabschluss im März realisiert. Derzeit befindet sich das System noch in der Testphase, weitere Folgeprojekte sind geplant.

25.04.2016 | Quelle: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH