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18.08.2016, 09:53 Uhr | 3 |

Ultrakondensatoren aus Sachsen Energiespeicherproduktion in Deutschland geht doch: Skeleton startet 2017

Während sich deutsche Autohersteller scheuen, Energiespeicher in Deutschland zu produzieren, tut genau das der deutsch-estnische Hersteller Skeleton Technologies. 2017 startet bei Dresden die Produktion von Ultrakondensatoren. Die Ultracaps, wie die Skeleton-Kondensatoren genannt werden, sind so effizient, dass die ESA sie ab 2018 in ihren Satelliten einsetzt.

Skeleton-Gründer Oliver Ahlberg und Taavi Madiberk
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Skeleton-Gründer Oliver Ahlberg (l.) und Taavi Madiberk: Das Unternehmen will in Deutschland eine Produktion für Ultrakondensatoren aufbauen.

Foto: Skeleton

Die technischen Daten der Energiespeicher auf Graphen-Basis sind beeindruckend. Die Ultrakondensatoren sind deutlich kleiner und lassen sich viel schneller wieder aufladen. Vorteile, die auch Tesla-Chef Elon Musk offenbar überzeugt haben. Er soll ebenfalls an einem Energiespeicher auf Graphen-Basis arbeiten, der Elektroautos eine Reichweite von 800 km ermöglichen soll.

Schnelle Auf- und Entladung der Ultrakondensatoren

Ultrakondensatoren lassen sich blitzartig schnell auf- und entladen. Sie können damit die in ihnen gespeicherte Leistung im Vergleich zu Batterien sehr schnell bereitstellen und liefern so – bezogen auf ihr Gewicht und Volumen – eine deutlich höhere elektrische Leistung, wenn auch nur für relativ kurze Zeit.

Die Ultrakondensatoren speichern elektrische Energie in einer Doppelschicht aus Graphen und nicht wie Batterien mit Hilfe einer chemischen Reaktion. Damit reduziert sich etwa in Satelliten der für die Energiespeicherung erforderliche Raum ganz erheblich. Das ist einer der Hauptgründe, warum sich die Europäische Raumfahrtbehörde (ESA) für die Verwendung von Skeleton-Ultrakondensatoren zusätzlich zu Batterien in ihren Satelliten entschieden hat. 2018 soll der erste Satellit mit einem Ultrakondensator starten. Überschlägig bringt eine Gewichtseinsparung von nur einem Kilo für die ESA eine Kosteneinsparung von 18.000 Euro je Satelliten, wie Skeleton vorrechnet.

Erst kürzlich hatte Skeleton Schlagzeilen damit gemacht, dass ein Transport-Luftschiff mit den Ultrakondensatoren ausgerüstet wird. Der Zeppelin wird zum Holztransport genutzt und braucht einen leistungsfähigen Stromlieferanten für den Spitzenbedarf. Den hat er.

Kondensatoren mit hoher Leistungsdichte

Skeleton setzt in den Ultrakondensatoren ein patentiertes Material namens Curved Graphene ein. Dieses Material erlaubt eine extrem hohe Leistungs- und Energiedichte. Letztere beträgt laut Skeleton mehr als 10 Wh/kg. Die elektrische Kapazität wird mit 4500 Farad angegeben. Konkurrenzprodukte kommen auf maximal 3700 Farad.

Das Curved Graphene ersetzt in den Kondensatoren den bislang verwandten Kohlenstoff aus der Kokosschale. Volker Duden, der Techniker im Vorstand von Skeleton Technologies, spricht von „ambitionierten Zielen“ für die weitere Entwicklungsarbeit. Dabei geht es vor allem darum, die „Energiedichte noch einmal zu verdoppeln“.

Die Graphen-Basis der Ultrakondensatoren

Graphen wurde schon ziemlich früh als eine Art Wundermaterial eingeschätzt, das unzählige Anwendungen haben würde. Dazu zählte auch die Energiespeicherung. Trotzdem dauerte es längere Zeit, bis Graphen für letztere tatsächlich genutzt werden konnte. Taavi Madiberk, der CEO von Skeleton, geht davon aus, dass inzwischen der „Durchbruch in den Massenmarkt“ geschafft ist. Es gebe eine „beeindruckende Kundennachfrage von der Raumfahrt bis zum Auto- und Transportsektor“.

Die Ultrakondensatoren auf Graphen-Basis weisen noch eine weitere Besonderheit auf. Nach Angaben von Skeleton beträgt der Innenwiderstand nur 0,095 Milliohm. Dadurch reduzieren sich die Wärmeverluste, was die Effizienz der Zellen stark verbessert. Skeleton spricht von einer Verbesserung um mehr als das Dreifache. Auch das trägt zu der hohen technischen Lebenserwartung der Ultrakondensatoren bei. Skeleton betont, dass mit ihnen mehr als eine Million Lade- und Entladezyklen möglich geworden sind.

Kleine Außenabmessungen der einzelnen Zelle

Die SkelCap 4500 Ultrakondensatoren von Skeleton weisen eine zylindrische Form und einen maximalen Durchmesser von nur 60 mm auf. Das macht sie für viele Anwendungen einsetzbar, bei denen nur ganz wenig Raum zur Verfügung steht. Das gilt bei den Weltraum-Satelliten beispielsweise für die Stromversorgung der Geräte zur Positionierung von Antennen und Solarkollektoren.

Lkw mit Ultrakondensatoren schon im Test

Soweit es um Ultrakondensatoren für den Massenmarkt geht, rechnet Skeleton vor allem mit Einsatzgebieten im Kraftfahrzeugbau und in der Smart-Grid-Technik. Gegenwärtig wird in Großbritannien von Skeleton Technologies in Zusammenarbeit mit Adgero aus Frankreich ein Hybrid-Lastkraftwagen als Lieferfahrzeug für den Stadtbetrieb getestet. Dabei handelt es sich um einen Iveco-Lkw, der im Test vom britischen Zustellunternehmen Fraikin genutzt wird.

In dieses Hybridfahrzeug, ausgestattet mit Diesel- und Elektromotor, sind fünf 160-Volt-Ultakondensator-Module von Skeleton installiert, die die Bremsenergie in Form von elektrischer Energie speichern. Beim Beschleunigen versorgen sie den Elektromotor, damit der Truck schneller auf Touren kommt.

 

Bei Skeleton Technologies handelt es sich um ein ursprünglich estnisches Start-up aus Tallin, das jetzt einen weiteren Firmensitz in Bautzen hat. Die deutsche Fertigung, die speziell für den deutschen Markt arbeiten soll, wird in Großröhrdorf bei Dresden aufgebaut. Skeleton hat bereits 26,7 Millionen Euro von Investoren für Entwicklung und Produktion eingeworben.

Allein 13 Millionen Euro sagte zuletzt First Floor Capital zu, ein Wagnisfinanzierer aus Malaysia. Zuvor hatte sich schon die KIC InnoEnergy mit 4 Millionen Euro beteiligt. Das Unternehmen aus Eindhoven in den Niederlanden wird von einer Vielzahl bekannter europäischer Industriefirmen getragen. Dazu gehören unter anderem der Elektromaschinenbauer ABB und das Kerntechnikunternehmen Areva.

Während also demnächst Hochleistungs-Energiespeicher in der Nähe von Dresden produziert werden, glauben die Autohersteller nicht daran, dass hierzulande kostendeckend Akkus produziert werden können. Alle Hersteller schrauben nur in Japan hergestellte Module zusammen. Aus der Produktion von Zellen war zuletzt Daimler ausgestiegen und hatte Ende 2015 die Fertigung bei seiner Tochter Li-Tec im sächsischen Kamenz eingestellt.

In einer ersten Versionen waren Ungenauigkeiten enthalten, die wir Dank Ihrer Leserhinweise korrigiert haben. Vielen Dank. Die Redaktion.

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Von Peter Odrich & Axel Mörer-Funk
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kommentare
19.08.2016, 14:35 Uhr Progetti
Der sehr interessante Bericht über die Graphen- Ultrakondensatoren ergibt die Aussicht auf sehr kurze Aufladezeiten, wenn sie in Zukunft als Energiespeicher für Elektro- Autos verwendet werden sollten.
Der minimale innere Widerstand ermöglicht einen in Vergleich zu Akkus unglaublich niedrigen Energieverlust beim raschen Aufladen und Entladen, aber der Übergangs- Widerstand des Steck- Kontaktes vom Hochleistungs- Ladekabel zur Kondensator- Einheit dürfte noch ein Problem darstellen, wenn die Aufladung in wenigen Sekunden erfolgen soll. Hier würden Oberflächen- Oxydation und- Verunreinigungen ein absolutes Hindernis darstellen.
Deshalb sollte die Forschung in Richtung induktive Energie- Übertragung weiterhin betrieben werden, weil ja die konduktiv betriebene Aufladung rasch an ihre Grenzen gelangen wird!

23.08.2016, 13:32 Uhr ulf_l
Ein LifeYPo4 Akku kommt aktuell auf ca. 90WH/kg. Wo ist da jetzt der Gewichtsvorteil der Kondensatoren bei 10WH/kg ?

02.09.2016, 11:04 Uhr Progetti
Ein Lösungsansatz für die induktive Aufladung der Ultrakondensatoren wäre die Trafo- Steckdose: die zylinderförmige Primärspule, die mit einem robusten Isolator verkleidet ist, wird in die isolatorverkleidete Ausnehmung der Sekundärspule hineingesteckt und, wie auch jetzt bei der konduktiven Energie- Übertragung, mit zwei oder mehr Stecker- Zinken festgehalten.
Die induktive Energie-Übertragung wird sensorgesteuert erst bei richtiger Positionierung gezündet.
Die isolierten Zu- und Ableitungs- Kabel sowie die Trafo- Wicklungen müssten allerdings aus Graphen bestehen, damit das ganze System in sehr kurzer Zeit die benötigte Energie übertragen kann und der geringe innere Widerstand im ganzen System zum Tragen kommt.
Hier wird, wie schon im obigen Beitrag erwähnt, Forschungsarbeit benötigt!

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