Brennstoffzelle

Konditionierung und elektrochemische Untersuchung der Lithiumspeicherung in Kohlenstoffnanostrukturen

Kohlenstoffnanofasern lassen sich neben vielen anderen Einsatzmöglichkeiten auch zur Speicherung von Lithium einsetzen. Dabei sind hohe Speicherdichten möglich. Ziel des Teilprojektes des „Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoffforschung (ZSW) Baden Württemberg" ist die elektrochemische Bestimmung der Lithium-Aufnahme in aktivierten Kohlenstoffnanomaterialien.

 

Zusammenfassung

Bei der elektrochemischen Einlagerung von Lithium (Li)-Ionen in die Schichtstruktur von Graphit konnte bereits eine spezifische Kapazität von 372 mAh/g gezeigt werden. Ein ähnliches Verhalten wird auch von Kohlenstoffnanofasern (CNF) erwartet.

Ziel des Projektes war daher die elektrochemische Bestimmung der Li-Aufnahme in CNF. Dazu haben die Projektpartner im Rahmen der Elektrodenpräparation anfänglich Dünnschichtelektroden auf Kupferfolie und später auf Nickelschaumelektroden hergestellt. Durch Erhitzen oder Zugabe von Li-Salzen wurden die Proben aktiviert. In einem Modifizierungsschritt sollte eine Veränderung der Elektrodenpräparation bzw. Vorbehandlung der CNF (wie dem Mahlen der Proben oder einem Zusatz von Siliziumoxid (SiO)) Haftungsprobleme lösen sowie unerwünschte irreversible Kapazitäten vermindern. Darüber hinaus umfasste das Arbeitsprogramm elektrochemische Messungen, um die verschiedenen CNF-Proben bezüglich ihrer Li-Speicherfähigkeit zu untersuchen.

 

Ergebnisse:

  • Plasmabehandelte CNF wiesen hohe Lade- und Entladekapazitäten für Li auf. Sie können mit Standardgraphit verglichen werden. Ein Einsatz in Li-Ionenbatterien ist möglich.
  • Für die Elektrodenpräparation erwies sich der Einsatz von Nickelschaumelektroden hinsichtlich Verarbeitbarkeit und Haftung der verwendeten CNF als praktikabler.
  • Die Aktivierung der Proben durch Erhitzen oder Zugabe von Li-Salzen mit anschließendem Tempern senkte zwar die irreversiblen Kapazitäten, aber auch die Lade- und Entladekapazitäten, und ist daher nicht zu empfehlen.
  • Vorsichtiges Mahlen der CNF in einer Planetenmühle führte zwar zu einer besseren Haftung, allerdings auch zu einer weiteren Erhöhung der irreversiblen Kapazität.
  • C/SiO-Composite-Materialien haben eine höhere Speicherfähigkeit als Graphit, sind mechanisch stabil und ebenfalls sehr vielversprechende Materialien.
  • Der Zusatz des Spreitmittels Isopropylmyristat verbesserte die Verarbeitbarkeit, Haftung und in einigen Fällen auch die Kapazitäten der CNF deutlich.

Weitere Projektdaten

Projekttitel: Verbundprojekt: Innovative Energiespeichersysteme auf Basis von Kohlenstoffnanostrukturen (INES) - Teilprojekt: Konditionierung und elektrochemische Untersuchung der Lithiumspeicherung in Kohlenstoffnanostrukturen

Projektnummer: 0327304G

Projektzeitraum: 2000 - 2002

Projektort: Deutschland (Baden-Württemberg)

Projektansprechpartner:

Herr Dr. Jörissen

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+49 (0)731 95 30-605

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Quelle: Technische Informationsbibliothek Hannover (TIB)