Turbo-Supercaps durch Stickstoff-Tuning

So ist das feingetunte Graphen konkret aufgebaut.

Infografik: skoltech.ru

Laut Forschern des Skolkovo Institute of Science and Technology können sogenannte Supercaps, wie Hochleistungs-Kondensatoren üblicherweise genannt werden, künftig mehr Strom als bisher liefern. Üblicherweise bestehen die Elektroden, die von einem sogenannten Dielektrikum getrennt sind, aus porösem Material, etwa aus Kohlenstoff oder Metallschaum, um Gewicht zu sparen.

Stickstoff in Plasma geschmuggelt

Zu den jüngsten Entwicklungen der Moskauer Wissenschaftler gehören Supercaps mit Elektroden aus Graphen. Vor allem das deutsch-estländische Unternehmen Skeleton Technologies setzt auf diese Technik. Die russischen Forscher haben die Kapazität jetzt noch einmal erhöht. In einem Plasma reicherten sie Graphen mit Stickstoffatomen an. In einigen der sechseckigen Ringe aus Kohlenstoffatomen werden einzelne davon durch Stickstoff ersetzt.

Obwohl es in der wissenschaftlichen Welt bekannt ist, dass Stickstoff die Kapazität von Supercaps auf Graphen-Basis verbessert, blieben zwei Dinge mysteriös: warum das so ist und wie es sich anstellen lässt, den Stickstoff ins Graphen zu schmuggeln. Den Forschern um Stanislav Evlashin ist es gelungen, eines der Mysterien zu entschlüsseln - die Dotierung des Graphens mit Stickstoff. Sie nutzten senkrecht stehendes Graphen, das sie Kohlenstoff-Nanowände nannten. Im Plasma gelang es tatsächlich, die Fremdatome einzuschmuggeln.

Quantenphysik löst Teil des Rätsels

"Mit dieser Technik können wir jede Kohlenstoffstruktur modifizieren", sagt Evlashin. Im aktuellen Forschungsprojekt gelang es, die Kapazität der Supercaps auf das Sechsfache zu erhöhen. Die spezifische Kapazität der Speicher liegt bei 600 Farad pro Gramm. Bisher ging man von einer Obergrenze von 550 Farad pro Gramm aus. Die Stabilität des Speichers wurde durch die Dotierung nicht gefährdet.

Mithilfe eines Verfahrens namens Dichtefunktionaltheorie, das aus der Quantenphysik stammt, gelang es den Forschern, zumindest ansatzweise zu klären, was die Fremdatome bewirken. Evlashin glaubt, dass die Entwicklung seines Teams zu Hochleistungs-Stromspeichern für elektronische Geräte wie Smartphones führen kann. Da diese mit immer neuen Funktionen ausgestattet werden, steigt auch deren Strombedarf.

Quelle: www.pressetext.com/Wolfgang Kempkens