Daniel Kröger

 

Strukturelle und elektrochemische Untersuchungen an karbonisierten Luftelektroden

Abbildung 1: Bruchstelle einer karbonisierten Faser (links). Die Bruchkannte zeigt kristalline Domänen im Kohlenstoff (rechts). Urheberrecht: D. Kröger Abbildung 1: Bruchstelle einer karbonisierten Faser (links). Die Bruchkannte zeigt kristalline Domänen im Kohlenstoff (rechts).

Am Institut für Energie- und Klimaforschung – Grundlagen der Elektrochemie (IEK-9) werden neuartige Konzepte der Energiespeicherung und Umwandlung konzipiert und erprobt. Metall-Luftbatterien werden als Energiespeicher mit einer potentiell hohen Energiespeicherdichte weiterentwickelt. In diesem Batterietyp wird ein unedles Metall an der Anode unter Elektronenabgabe oxidiert während an der Kathode Luftsauerstoff aufgenommen und reduziert wird. Diese Reaktion findet an der Dreiphasengrenze zwischen Sauerstoff, Kohlenstoff und Elektrolyt statt. Daher müssen die Luftkathoden für Sauerstoff durchlässig und für den Elektrolyten bei maximaler Benetzungsfläche undurchlässig sein. Unter anderem werden am IEK-9 Kohlenstofffasermatten als Luftkathode hergestellt und getestet. Die Herstellung erfolgt per Elektrospinnen aus einer Polymerlösung mit anschließender Karbonisierung. Bisherige Untersuchungen einzelner Fasern mittels Transmissions-elektronenmikroskopie (TEM) haben teilkristalline Strukturen gezeigt (siehe Abbildung 1).

In dieser Masterarbeit soll Elektronenenergieverlustspektroskopie (EEVA/EELS) sowie Impedanzspektroskopie und Potentiometrie eingesetzt werden, um einerseits die Struktur und Materialzusammensetzung andererseits die elektrochemischen Eigenschaften dieser Luftkathoden zu untersuchen. Insbesondere soll ein Zusammenhang zwischen Karbonisierungsgrad, strukturellem Aufbau auf der Nanometer Skala und den elektrischen bzw. chemischen Eigenschaften der Kathoden gefunden werden.