Nachhaltige Mobilität

Katalytische Herstellung, Beladung und Erprobung von Kohlenstoff-Nanofasern

Kohlenstoffnanofasern lassen sich neben vielen anderen Einsatzmöglichkeiten auch zur Speicherung von Wasserstoff einsetzen. Dabei sind hohe Speicherdichten möglich. Ziel des Teilprojektes des „Bayrischen Zentrum für angewandte Energieforschung e.V. (ZAE)“ ist es, die Synthese von Kohlenstoffnanofasern bezüglich ihrer Reproduzierbarkeit und Selektivität zu optimieren. 

 

Zusammenfassung

Das Konzept „Wasserstoff als Energieträger“ kann nur realisiert werden, wenn effektive Speichermedien für Wasserstoff (H2) gefunden und zur technischen Reife entwickelt werden.

In diesem Kontext ist das Ziel des vorliegenden Teilprojektes die Synthese von Kohlenstoffnanofasern (CNF) bezüglich ihrer Reproduzierbarkeit und Selektivität zu optimieren. Dazu wurden ca. 80 verschiedene CNF-Chargen synthetisiert. Bei den zur Synthese benötigten Katalysatoren handelte es sich im Wesentlichen um Nickel(Ni)/Kupfer(Cu)-Katalysatoren mit einem variablen Cu-Anteil; vereinzelt wurde auch Eisen (Fe)/Cu eingesetzt. Die Katalysatoren wurden sowohl über konventionelle nasschemische Fällung als auch durch Fällung in Nanoreaktoren („Mizellenroute“) dargestellt. Um einen möglichst phasenreinen Endstoff herzustellen, haben die Beteiligten einige CNF-Chargen einer Säurebehandlung zur Herauslösung des Metallkatalysators unterworfen. Durch die präzise Messung der H2-Beladungskapazität sollte die für die H2-Speicherung am besten geeignete CNF-Proben ausgewählt und durch Aktivierungsschritte weiter optimiert werden.

Für den Einsatz als Lithiumspeichermaterial wurden in Ergänzung zu Nanofasern auch andere Kohlenstoffe (Kohlenstoff-Aerogele, Graphit-Binderelektroden) synthetisiert bzw. modifiziert. 

 

Ergebnisse:

  • Die Nanofasercharakteristika werden maßgeblich vom eingesetzten Katalysator und seiner Syntheseroute (konventionell oder Mizellentechnik) festgelegt.
  • Fe/Cu-katalysierte Fasern zeigen die höchste Kristallinität.
  • Eine vollständige Reinigung der Fasern von Katalysatorresten ist nicht möglich.
  • Die Proben auf Graphitbasis besitzen deutlich höhere Speicherkapazitäten als Aerogele oder Nanofasern (340 mAh/g gegenüber max. 220 mAh/g).
  • Alle CNF-Proben zeigten für eine technische Anwendung zu geringe H2-Beladungswerte von < 0,4 Gew. % (Erwartungswert zwischen 1 und 5 Gew. %). Systematische Effekte auf Grund der Vorbehandlung bzw. Aktivierung konnten nicht festgestellt werden.

Weitere Projektdaten

Projekttitel: Verbundprojekt: Innovative Energiespeichersysteme auf Basis von Kohlenstoffnanostrukturen (INES) - Teilprojekt: Katalytische Herstellung, Beladung und Test von Kohlenstoff-Nanofasern

Projektnummer: 0327304F

Projektzeitraum: 2000 - 2002

Projektort: Deutschland (Bayern)

Projektansprechpartner:

Herr Prof. Dr. Fricke

fricke@zae

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Quelle: Technische Informationsbibliothek Hannover (TIB)