Sind Sie heute schon einem Superkondensator begegnet? Garantiert. Denn wir kommen ständig mit ihnen in Kontakt. Sie sind in unseren Smartphones, Laptops, aber auch in Fahrzeugen. Superkondensatoren speichern Energie und haben im Vergleich zu Batterien und Akkus einen Vorteil: Sie können die Energie schneller speichern und auch schneller wieder abgeben.

"Ein Superkondensator ist da gut, wo es darum geht, ganz viel Energie rein- und rauszuspeichern", erklärt Dr. Andreas Battenberg, Pressereferent der Technischen Universität München.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithiumionen-Akkus schwächeln sie aber bei der Energiedichte. Superkondensatoren müssten viel größer sein, um die gleiche Menge Energie speichern zu können wie Akkus. Lithiumionen-Akkus erreichen eine Energiedichte von bis zu 265 Wattstunden pro Kilogramm, bisherige Superkondensatoren nur etwa ein Zehntel davon.

Der neue Superkondensator von der TU München erzielt 73 Wattstunden pro Kilogramm, also fast dreimal so viel wie herkömmliche Superkondensatoren. Aber immer noch deutlich weniger als die gängigen Lithiumionen-Akkus, die zum Beispiel in Smartphones verbaut sind.

Doch nicht nur die Energiedichte ist viel höher als bisher. Der Superkondensator hält auch länger. Nach 10.000 Lade- und Entlade-Zyklen hat er immer noch 88 Prozent der ursprünglichen Kapazität. Zum Vergleich: Smartphone-Akkus haben schon nach 500 Ladezyklen nur noch etwa 80 Prozent der Anfangskapazität.

Für den Erfolg sorgt das neue Material für die positive Elektrode – ein Graphen-Hybridmaterial. Die negative Elektrode ist nicht neu. Sie basiert auf Titan und Kohlenstoff. "Toll wäre, wenn es nur Graphen wäre", findet Dr. Andreas Battenberg, denn Graphen bestehen nur aus Kohlenstoff. Aber es gibt ein Problem, erklärt Battenberg: "Graphenschichten lagern sich gerne zusammen und dann hat die Elektrode nicht genug Oberfläche."

Eine große Oberfläche ist wichtig für Superkondensatoren, damit sich eine große Menge an Ladungsträgern an der Elektrode ansammeln kann. Dieses Problem umgeht das Team von der TU München mit einer sogenannten nanostrukturierten metallorganischen Gerüstverbindung. Das heißt, sie verbinden das Graphen chemisch mit einer metallorganischen Verbindung, die auf Zirkon basiert. Diese Kombination hat große innere Oberflächen und ist als positive Elektrode in dem Superkondensator sehr leistungsfähig.

Der neue Superkondensator punktet zwar vor allem mit einer besseren Leistung, aber er sei auch nachhaltig – gerade im Vergleich zu anderen Batterie- und Akku-Materialien. Batterien sind generell sehr ineffizient. Die Herstellung einer Batterie verbraucht mehr Energie, als die Batterie später liefert. Das wirkt sich auch auf den Geldbeutel aus. Batterien sind teurer als Strom aus der Steckdose. Auch Akkus sind nicht immer nachhaltig und umweltfreundlich. Bis 2016 gab es noch Nickel-Cadmium-Akkus. Weil Cadmium ein giftiges Schwermetall ist, sind sie mittlerweile verboten.

Lithium für Lithiumionen-Akkus ist zwar weder giftig, noch ein rares Element in der Erdkruste, dennoch ist die Gewinnung des Leichtmetalls nicht unproblematisch. Abgebaut wird es hauptsächlich in Salzseen in Südamerika. Dafür brauchen die Hersteller viel Wasser. Das führt dazu, dass das Wasser in der Region für Menschen und Landwirtschaft immer knapper wird.

Bis der neue Superkondensator der TU München kommerziell eingesetzt werden kann dauere es aber noch fünf bis zehn Jahre, prognostiziert Dr. Andreas Battenberg. Es fehle noch an Produktionsprozessen und Langzeittests.