Prof. Dr. Harzfeld ist es gelungen ein Verfahren zur Bestimmung der Kapazitäts-, Widerstands – und Energiedichteverteilung in Bauelementen mit elektrochemischer Doppelschicht zu entwickeln.

Einleitung

An elektrochemischen Doppelschichten stehen sich entgegengesetzt geladene Ladungsschichten getrennt gegenüber. Dieses Prinzip findet überall dort Anwendung, wo Energie elektrostatisch gespeichert wird. Dazu zählen neben Kondensatoren insbesondere Brennstoffzellen, wie sie bei der Energiegewinnung aus Wasserstoff genutzt werden.

Eine länderübergreifende wachsende Nachfrage nach Energie, ein verstärktes Umweltbewusstsein, eine strengere Gesetzgebung, steigende Brennstoff- und Elektrizitätspreise sowie Energiewertfreigabe an der Börse verweisen auf eine ertragreiche Zukunft für diese Technologie.

Problemstellung

Die Vorgänge zwischen den Elektroden und den separierenden Materialien an der Doppelschicht sind bis dato nicht eindeutig modellier- und beschreibbar. Momentan stellt vor allen Dingen die Ermittlung der Kapazitäts- und Widerstandsverteilung sowie der Energiedichte innerhalb stark poröser Systeme mit Doppelschichten vor ein ungelöstes Problem. Darüber hinaus ist es sehr problematisch, eine zuverlässige Analyse über die Ursachen der Alterung beim Betreiben von elektrochemischen Energiespeichern durchzuführen.

Aufgrund mangelnder Informationen über Kapazitäts-, Widerstands- und Energiedichteverteilung innerhalb des elektrochemischen Energiespeichers wird daher notgedrungen nach dem Prinzip „Versuch und Irrtum“ vorgegangen. Ziel muss es daher sein, von empirischen Einschätzungen zu gesicherten Ergebnissen über die tatsächliche Kapazitäts-, Widerstands- und Energiedichteverteilung zu gelangen.

Neuheit

Die vorliegende Entdeckung, welche durch die Fachhochschule Stralsund angemeldet wurde, versucht dieser Aufgabe gerecht zu werden. Es handelt sich dabei um ein Verfahren zur Bestimmung von Kapazitäts-, Widerstands – und Energiedichteverteilung innerhalb von Bauelementen mit elektrochemischer Doppelschicht, insbesondere in elektrochemischen Energiespeichern mit aktiven Oberflächenstrukturen und elektrochemischer Doppelschicht.

Dabei ermöglicht die Erfindung erstmals eine mehrschichtige und hochauflösende Analyse von elektrochemischen Systemen mit Doppelschichten bezüglich ihrer Wirksamkeit.

Dabei wird die effektive Verteilung von Kenngrößen wie Widerstand bzw. Impedanz, Kapazität sowie Energiedichte erfasst, und für die technische Ausgestaltung von Doppelschicht-Systemen zur Energiespeicherung verwendet. Maßgebend für diese Fähigkeit ist der Nachweis, dass sich anhand bestimmter statistischer Verteilungen auf Basis der Sommerfeldschen Theorie die Verhältnisse an den Doppelschichten technisch genau und nachgewiesenermaßen präzise beschreiben lassen. Darüber hinaus lassen sich die Ergebnisse mittels der (Impedanz) Spektroskopie visualisieren.

Nutzen

Das vorliegende Verfahren ermöglicht erste Mal eine detaillierte Abbildung, Messung und Vorhersage des Verhaltens an elektrochemischen Doppelschichten. Es ist erwiesenermaßen stabil und kann darüber hinaus zur Visualisierung der Vorgänge genutzt werden. Es können damit alle relevanten Parameter wie Widerstand/ Impedanz, Kapazität sowie Induktivität und Energiedichtverteilungen der Doppelschichtbauteile bestimmt werden.

Dieses Verfahren eignet sich sehr gut zur Dimensionierung und Analyse von Brennstoffzellen. Diese Nähe birgt ein großes wirtschaftliches Potential in sich, da ein starkes und nachhaltiges Wachstum der Nachfrage nach Dienstleistungen und Produkten zur Erstellung, Produktion oder Testung der Brennstoffzellen ausgegangen werden. Dieses liegt insbesondere in der stärker werdenden Relevanz von alternativen Energiequellen begründet.

Stand der Entwicklung

Die Erfindung wurde bereits in ein Labormuster/ Versuchsaufbau umgesetzt und erprobt.

Schutzrecht

Die Patentanmeldung wurde am 22.08.2007 eingereicht.

Gesuch

Es wird ein Partner aus der Industrie (z.B. Hersteller von Analysegeräten) gesucht, mit dem gemeinsam die Weiterentwicklung zur Marktreife bzw. die Integration des Verfahrens in bestehende Lösungen durchgeführt werden kann.

Ansprechpartner bei Rückfragen:

PVA-MV AG
Stefanie Voigt/ Lars Krüger
Gerhart-Hauptmann-Straße 23
18055 Rostock
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Fax: ++49 (0) 381-497474-9