Details

Autor(en) / Beteiligte

• Weinberger, Christian
• Tiemann, Michael[Akademischer Betreuer]
• Wagner, Thorsten[Akademischer Betreuer]

Titel

Kohlenstoff-basierte Wirt-Gast-Komposite für Anwendungen als Sorbentien und Elektrodenmaterialien

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2016

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• Volltext

Beschreibungen/Notizen

• Tag der Verteidigung: 24.02.2016
• Open Access
• ger: Inhalt dieser Arbeit ist die Herstellung von geordneten Nano- und Nanokompositmaterialien auf Basis von Selbstorganisations- und Abformungsprozessen und die Demonstration verschiedener Anwendungsmöglichkeiten dieser Systeme im Bereich der Li-Ionen-Akkumulatoren und in Sorptionsexperimenten.Ausgehend von geordnet-mesoporösen Kohlenstoffen mit bimodaler Porengrößenverteilung wurden Synthesekonzepte erarbeitet, die eine selektive Funktionalisierung oder Füllung mit verschiedenen Gastspezies erlauben. Die so erstellten dreidimensionalen Kompositmaterialien sind in dieser Form mit keiner bisher bekannten Methode darstellbar.Auf Basis der selektiv gefüllten Kohlenstoffe wurden Elektroden für Li-Ionen-Akkumulatoren präpariert und in ersten Tests elektrisch charakterisiert.Neben der Synthese neuartiger Kompositmaterialien war ein Ziel bekannte Kohlenstoffmaterialien mit zwei Porensystemen selektiv zu funktionalisieren. Dazu wurde ein neues Synthesekonzept entwickelt um eine voneinander unabhängige Modifizierung der Porenmodi zu erreichen, da solche Materialien bisher nicht über andere Verfahren zugänglich sind. Die Materialien eignen sich unter anderem als Modellsysteme für Sorptionsuntersuchungen, aber auch für den Einsatz als Elektrodenmaterialien in Li-Ionen-Akkumulatoren.Im Rahmen der zuvor beschriebenen Synthesearbeiten wurden außerdem verschiedene experimentelle Techniken entwickelt, weiterentwickelt oder angewendet. Unter anderem wurde ein Verfahren zur Bestimmung der Rohdichte mittels einer handelsüblichen Sorptionsanlage entwickelt. Neben der Entwicklung von Synthesestrategien für neuartige Kompositmaterialien wird außerdem ein System zur Messung der spezifischen Ladungskapazität solcher Materialien in elektrochemischen Zellen aufgebaut.
• eng: The aim of this work was the synthesis of ordered carbon-based nanomaterials and nanocomposites based on a self-organization and replication processes. These materials can be utilized as electrodes in lithium-ion batteries and in sorption experiments. Starting from ordered mesoporous carbon materials with bimodal pore size distribution, synthesis concepts were developed for a selective surface functionalization and the deposition of a variety of guest species. The resulting composite materials cannot be obtained by conventional synthetic methods.Using the carbon-based composite materials with a selectively deposited guest species, electrodes for lithium-ion batteries were fabricated and electrochemically characterized. They show high specific capacities at the beginning of the measurements. The loading of the guest species shows a critical impact on the capacity and cycling stability. Beside the synthesis of novel composite materials this work also deals with the selective surface functionalization in bimodal porous carbon. Therefore it was necessary to develop an advanced procedure of functionalizing both pore systems, independently from each other. The resulting materials can be used as model systems for sorption experiments as well as for electrodes in lithium-ion batteries.In addition to of the discussed synthetic work, different experimental techniques were developed, extended or applied. For instance, a measurement was developed to determine the apparent density with a typical volumetric physisorption device.Beside the development of synthetic strategies for novel nanocomposites, a measurement system and an electrochemical cell was developed to measure specific capacities of synthesized materials.