In der Studie von Forschenden der University of Colorado Boulder aus dem Labor von Ankur Gupta haben Forscher herausgefunden, wie sich winzige geladene Teilchen, so genannte Ionen, in einem komplexen Netzwerk aus winzigen Poren bewegen. Dieser Durchbruch könnte zur Entwicklung effizienterer Energiespeicher wie Superkondensatoren führen, so Gupta, Assistenzprofessor für Chemie- und Bioingenieurwesen.
„Angesichts der entscheidenden Rolle, die Energie für die Zukunft unseres Planeten spielt, fühlte ich mich inspiriert, mein chemisches Ingenieurwissen für die Weiterentwicklung von Energiespeichern einzusetzen“, sagte Gupta. „Ich hatte das Gefühl, dass das Thema noch nicht ausreichend erforscht war und daher die perfekte Gelegenheit war.“ Gupta erläuterte, dass verschiedene chemisch-technische Methoden zur Untersuchung von Strömungen in porösen Materialien wie Ölreservoirs und Wasserfiltern eingesetzt werden, diese aber bei einigen Energiespeichersystemen noch nicht in vollem Umfang genutzt werden.
Aufladen und die Abgabe von Energie beschleunigen
Superkondensatoren, Energiespeicher, die auf der Ansammlung von Ionen in ihren Poren beruhen, haben im Vergleich zu Batterien schnelle Ladezeiten und eine längere Lebensdauer. „Die Hauptattraktivität von Superkondensatoren liegt in ihrer Schnelligkeit“, so Gupta. „Wie können wir also das Aufladen und die Abgabe von Energie beschleunigen? Durch eine effizientere Bewegung der Ionen.“
Ihre Ergebnisse modifizieren das Kirchhoff'sche Gesetz, das seit 1845 den Stromfluss in elektrischen Stromkreisen regelt und fester Bestandteil des naturwissenschaftlichen Unterrichts an Gymnasien ist. Im Gegensatz zu Elektronen bewegen sich Ionen sowohl durch elektrische Felder als auch durch Diffusion, und die Forscher stellten fest, dass sich ihre Bewegungen an Porenschnittstellen von denen unterscheiden, die im Kirchhoffschen Gesetz beschrieben werden.
Vor dieser Studie wurde die Ionenbewegung in der Literatur nur in einer geraden Pore beschrieben. Dank dieser Forschung kann die Bewegung von Ionen in einem komplexen Netzwerk aus Tausenden von miteinander verbundenen Poren in wenigen Minuten simuliert und vorhergesagt werden. „Das ist der Clou dieser Arbeit“, sagt Gupta. „Wir haben das fehlende Glied gefunden.“
