Christoph Roitzheim

 

Elektrochemische Charakterisierung nicht-wässriger Si–Luft Batterien unter verschiedenen Betriebsbedingungen

Abbildung 1: Schematische Darstellung einer Si–Luft Batterie unter Verwendung eines nicht-wässrigen Elektrolyten Urheberrecht: C. Roitzheim Abbildung 1: Schematische Darstellung einer Si–Luft Batterie unter Verwendung eines nicht-wässrigen Elektrolyten

Die Entwicklung neuer Systeme zur Energiespeicherung für Elektrofahrzeuge und tragbare elektronische Geräte steht, bedingt durch die zunehmende Nachfrage nach ressourcenschonenden Energiematerialien, im Fokus der Forschung. Diesbezüglich sind Metall–Luft Batterien, auf Grund ihrer hohen spezifischen Energien und der ausreichenden Verfügbarkeit der Anodenmaterialen, von besonderem Interesse. Besonders Silizium wurde als ein vielversprechendes Anodenmaterial für primäre Si–Luft Batterien vorgeschlagen, welches eine spezifische Energie von 8470 Wh/kg aufweist.[1] Außerdem ist Silizium das zweit häufigste Element in der Erdkruste und stellt keine Sicherheitsrisiken dar. Zugleich sind auch die Reaktionsprodukte sicher handhabbar und umweltfreundlich.[2, 3, 4]

Die größte Problematik der Si–Luft Batterien ist die Korrosion des Siliziums unter Verwendung von wässrigen, alkalischen Elektrolyten.[5] Zur Vermeidung dieses Problems und zur Steigerung der Effizienz während der Entladung kann eine nicht-wässrige, ionische Flüssigkeit (Room Temperature Ionic Liquid (RTIL)) wie beispielsweise 1-Ethyl-3-methylimidazolium fluorohydrogenat (EMIm(HF)2.3F) als Elektrolyt verwendet werden, welche eine bessere Batterieleistung verspricht.[2]

Diese Masterarbeit fokussiert sich auf Untersuchungen an Si–Luft Voll- und Halbzellen unter Verwendung von EMIm(HF)2.3F als Elektrolyt. Das Ziel ist die Bestimmung der optimalen Betriebsbedingungen dieser Si–Luft Batterie, sowie die Untersuchung des Einflusses der einzelnen Elektroden auf das Entladeprofil. Zur elektrochemischen Charakterisierung sollen Entladeprofile aufgenommen und potentiodynamische Polarisationsexperimente durchgeführt werden. Die Oberfläche der Si-Anode soll anschließend über Laserrastermikrokopie (Laser Scanning Microscopy (LSM)) charakterisiert werden. Abschließend soll ein möglicher Mechanismus zur Limitierung des Entladevorgangs vorgeschlagen werden.

[1] G. Cohn, A. Altberg, D. D. Macdonald, Y. Ein-Eli, Electrochimica Acta 2011, 58, 161-164.

[2] G. Cohn, Y. Ein-Eli, Journal of Power Sources 2010, 195, 4963-4970.

[3] G. Cohn, D. D. Macdonald, Y. Ein-Eli, ChemSusChem 2011, 4, 1124-1129.

[4] G. Cohn, D. Starosvetsky, R. Hagiwara, D. D. Macdonald, Y. Ein-Eli, Electrochemistry Communications 2009, 11, 1916-1918.

[5] Y. E. Durmus, Ö. Aslanbas, S. Kayser, H. Tempel, F. Hausen, L. de Haart, J. Granwehr, Y. Ein-Eli, R.-A. Eichel, H. Kungl, Electrochimica Acta 2017, 225, 215-224.