Elektrodenmaterialien aus thermisch reduziertem Graphitoxid und hydrothermal carbonisierten Biomaterialien sowie biobasierte Elektrolyte für den Einsatz in elektrischen Doppelschichtkondensatoren
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Medientyp:
E-Book;
Hochschulschrift
Titel:
Elektrodenmaterialien aus thermisch reduziertem Graphitoxid und hydrothermal carbonisierten Biomaterialien sowie biobasierte Elektrolyte für den Einsatz in elektrischen Doppelschichtkondensatoren
Hochschulschrift:
Dissertation, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau, 2016
Anmerkungen:
Beschreibung:
Zusammenfassung: Ein Ziel dieser Arbeit war es aus funktionalisiertem Graphen (thermisch reduziertem Graphitoxid (TRGO)) leitfähige Schichten und Elektroden für den Einsatz in elektrischen Doppelschichtkondensatoren (EDLC) zu erzeugen. Hierfür wurden Materialien unterschiedlicher Reduktionstemperatur mittel Mikroextrusion oder Rakeln auf Substrate aufgebracht und deren elektrischen Eigenschaften untersucht. Verarbeitbare Pasten der Graphenmaterialien konnten in Form 1.5 wt.%iger Dispersionen in iso-Propanol durch Hochdruckhomogenisation erhalten werden. Es konnte sowohl ein Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit, der spezifischen Oberfläche und des Kohlenstoffgehalts bei steigender Reduktionstemperatur beobachtet werden. Im Fall von TRGO 400 konnte die elektrische Leitfähigkeit der hergestellten Proben durch einen mehrfachen Materialauftrag auf über 150 % des Ausgangswerts gesteigert werden. Durch eine mechanische Kompression der Schichten mit Hilfe eines Dreiwalzenstuhls konnte die Leitfähigkeit auf über 750 % des Ausgangswerts erhöht werden. Im Einsatz als Elektroden für EDLCs zeigte sich eine starke Abhängigkeit der Kapazitäten und der Energiedichten vom verwendeten Elektrodenmaterial und vom eingesetzten Elektrolyten. Durch den Einsatz einer ionischen Flüssigkeit ([EMIm][NTF2]) konnte eine maximale Energiedichte von 105 Wh∙kg-1 erhalten werden. In der Literatur gibt es bislang keinen EDLCs, basierend auf Kohlenstoffelektroden, mit einer höheren Energiedichte.Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Herstellung von biobasierten Kohlenstoffmaterialien über die hydrothermale Carbonisierung (HTC). Die Eigenschaften der erhaltenen Produkte hingen maßgeblich von den eingesetzten Edukten und den Reaktionsparametern ab. Für lösliche Edukte konnten schon bei Temperaturen ab 180 °C Produkte erhalten werden, während für unlösliche Edukte eine Temperatur von mindestens 220 °C notwendig war. Der maximal erhaltene Kohlenstoffgehalt betrug für reine biobasierte Edukte 72 wt% bei einer spezifischen Oberfläche von maximal 80 m2∙g-1