Elektrische Doppelschichtzelle

[Bernd Schlueter]

Angeregt durch Jürgens Frage nach der Wirkung der Säureschichtung habe ich ein wenig gerechnet und bin auf Zahlen gekommen, die irgendwann für uns hochinteressant werden können. Wie schon bekannt, forschen viele Firmen auf dem Gebiet der elektrischen Doppelschichten, was eine eigentlich altertümliche Beschreibung der Polarisationsspannungen zwischen Stoffoberflächen ist. Relativ hohe Polarisationsspannugen hat man bei kohlenstoffhaltigen Oberflächen erreicht, in der einfachsten Form beim Ultracap, wo relativ große organische Elektrolytmoleküle für eine stabile Grenzschicht sorgen. Diese nur ermöglichen z.B. bei Ultracaps 2,5 Volt Polarisationsspannung, bei Lithiumakkumulatoren sogar 3,6 bzw. 4,2 Volt.

Ein Rechenbeispiel: Ein Ultracap von 2700 Farad Kapazität hat 390 Grammm Masse und werde auf eine Spannung von 2,3 Volt aufgeladen. Die mit einigen kW Leistung daraus entnehmbare Energie beträgt 0,5*2700F*2,3²V² = 7141 Joule, genug, um das Ultracap auf eine Höhe von 1,8km Höhe zu befördern. Ein Elektroauto könnte also mit 10% Beladung mit Ultracaps 180 Meter Höhe erklimmen. Alternativ auf 220 km/h beschleunigen. Der Einsatz in Modellflugzeuge ist heute schon üblich. Da Segelflugzeuge oft mit 1/3 Wasserbalast zur Reichweitensteigerung starten, könnten selbsttätige Starts mit 500 Meter Gipfelhöhe bald keine Zukunftsmusik mehr sein.
Die Ultracaps werden laufend verbessert, der Preis ist (noch) zu hoch. Man könnte Ultracaps auch durch leistungsschwache Lithiumionenakkus nachladen, der Umladungsvorgang ist ausgesprochen verlustarm, man könnte auch bei 0,2 C hohe Reichweiten erreichen.

Interessanter ist allerdings die nicht nur experimentell bestätigte Tatsache, dass man auf eine der Polarisationsschichten, hier Kohlenstoff, z.B. Lithium aufbringen kann, das die Doppelschicht nachlädt. Dann erhält ein solcher ursprünglicher Doppelschichtkondensator Eigenschaften eines Akkumulators mit den Vorteilen von Ultracaps, z.B. mit hoher Zyklenzahl und Stromergiebigkeit von einigen tausend Ampere (Minutenakku) und einer mäßig hohen Energiedichte von bis zu 15kg/kg. Daran wird geforscht. Man hat bereits Lithiumdichten von einem aktiven Lithiumion auf 6 Kohlenstoffatome erreicht.
Trotzdem klingen die Berichte über die erreichten Erfolge nicht alle zuverlässig. Heute werden bereits Hoffnungen verkauft. Ohne Garantie.

 

[Bernd Schlueter]

Um ein wenig klar zu machen, wovon ich rede, hier ein link zur Firma Toshiba, die behauptet, Materialien gefunden zu haben, die das Lithium an der Kahode noch stärker absorbieren als Aktivkohle. Auch spart man sich bei diesen Einminutenzellen mit organischem Elektrolythen das Aufwickeln der Zellen, um eine große Kühloberfläche zu erreichen.
http://www.dpreview.com/news/0503/05032903tosh1minbatt.asp

Die japanischen Firmen sind ja sehr unzufrieden, wegen der Feuergefahren, die von den Lithiumakkus ausgehen. Dies hier könnte ein Weg sein, die hohe Wärmeentwicklung nach einem Unfall in den Griff zu bekommen. Eine 3,8 mm dicke Zelle von einem Quadratmeter dürfte einen Energiegehalt von ca 1 kWh bei ca 7 kg Masse haben, 50 kW Leistungsabgabe dürften wohl möglich sein. Verbindet man diese Zellen mit einer 1 mm dicken Schicht aus Löschwasser (oder anderem Material), dürfte die Feuergefahr gebannt sein.
Bekanntlich hat ja Toyota Teile der RAV4-Flotte aus dem Verkehr gezogen, Ford verhielt sich ähnlich. Ich sehe das nicht in Zusammenhang mit einer Verschwörung gegen uns Verbraucher. Auf der Hannovermesse hatte ich dieses Zellenkonzept schon angesehen, was sehr viel Beachtung, auch bei der Konkurrenz gefunden hatte. Ich war dann nicht mehr darauf eingegangen, weil es hier viele stört, dass ich von ungelegten Eiern rede, die ich nicht einmal getestet habe.
Ich fand übrigens noch eine Reihe Firmen mit einem ähnlichen Konzept, und, man möge mich für verrückt erklären, ich fand eine Anwendung für einen Hochtemperatursupraleiter, die selbst für uns bald interessant werden könnte.
Ich glaube, heute ist Modellflugwetter.