Neue Elektrolyte für Superkondensatoren

Die Entwicklung neuer Elektrolyte ist einer der Schlüssel zur Realisierung von innovativen elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren [engl.: electrochemical double layer capacitors (EDLCs)]. Dabei werden verschiedene Aspekte in Betracht gezogen. Superkondensatoren zeichnen sich durch eine hohe Leistungsdichte (>10 kW kg^-1) aus, besitzen aber im Vergleich zu anderen elektrochemischen Energiespeichern, wie Lithium-Ionen-(sekundär-)Batterien eine deutlich geringere Energiedichte. Der wirkungsvollste Ansatz diese zu steigern ist die Arbeitsspannung des Kondensators zu erhöhen (E = 1/2 CV²). Die Herausforderung liegt somit in der Identifikation spannungsstabilerer Elektrolytformulierungen, welche auch oberhalb von den in kommerziellen Systemen üblichen 2.7 – 3 V operieren können. Diesbezüglich haben wir beispielweise die Verwendung von Ethyl-isopropyl-sulfon (EiPS) als Lösungsmittel, oder 1,1-dimethylpyrrolidin tetrafluoroborat (Pyr₁₁BF₄) als Leitsalz vorgeschlagen. Die daraus resultierenden neuartigen Elektrolyte weisen auch bei einer Spannung von 3.4 V noch eine zu Standardsystemen vergleichbare Stabilität auf.

Neben der Steigerung der Energiedichte, ist die Nachhaltigkeit ein wichtiger Aspekt für zukünftige Generationen von EDLCs. Um diese zu steigern sollten neben den Elektrodenmaterialien auch für die Elektrolytkomponenten nachhaltige Ausgangsmaterialien (z.B. Biomasse) und Herstellungsverfahren zugänglich gemacht werden. Wir arbeiten hierbei an der elektrochemischen Evaluierung neuer Lösungsmittel wie Gamma-Valerolacton (GVL), welche aus Biomasse und mit geringerer Menge an Nebenprodukten synthetisiert werden können.

 

Schütter, C., Bothe, A., Balducci, A. (2020). Mixtures of acetonitrile and ethyl isopropyl sulfone as electrolytes for electrochemical double layer capacitors. Electrochimica Acta, 331, 135421

Köps, L., Kreth, F.A., Bothe, A., Balducci, A. (2022). High voltage electrochemical capacitors operating at elevated temperature based on 1,1-dimethylpyrrolidinium tetrafluoroborate. Energy Storage Materials, 44, 66-72