Fakultätsbericht 2016-2017

Die Erforschung innovativer Elektrolyte ist einer der Schlüsselaspekte für die Entwicklung von Superkondensatoren mit hoher Energiedichte. Neue Lösungsmittel, neue Salze und neue ioni- sche Flüssigkeiten müssen in naher Zukunft iden- tifiziert und untersucht werden, um eine „neue Welle“ von Elektrolytkomponenten zu erzeugen, deren Eigenschaften den jeweiligen Anforderun- gen gerecht werden, die eine hohe Sicherheit ver- sprechen und die darüber hinaus kostengünstig sind. Um diese Suche zu rationalisieren und neue Komponenten in einem annehmbaren Zeitrah- men zu finden, werden neue Hilfsmittel benötigt. Um dieses herausfordernde Ziel zu erreichen haben wir die Nutzung von computergestützten Screening-Verfahren in Erwägung gezogen, was uns erlaubte, über 60 Millionen Verbindungen zu berücksichtigen. Dadurch konnten neue Lösungs- mittel, die zuvor noch nicht berücksichtigt wur- den, identifiziert werden, wie z. B. 3-Cyanopropion- Neue Elektrolyte für Superkondensatoren säuremethylester, welches erfolgreich in Hoch- leistungssuperkondensatoren eingesetzt werden konnte. [4] Balducci, A. (2016):Electrolytes for highvoltage electrochemicaldouble layer capacitors: a perspective article. Journalof Power Sources, 326, 534-540. [5] Schütter, C., Husch, T., Korth, M., Balducci, A. (2015): Toward NewSolvents for EDLCs: FromComputational Screening to Electrochemical Validation. Journal of Physical Chemistry Part C 119, 13413-13424. [6]Béguin,F.,Presser, V.,Balducci,A.,Frackowiak,E.(2014):Carbonsand ElectrolytesforAdvancedSupercapacitors. AdvancedMaterials,26,2219-2251. Abb. 2. Schematische Darstellung der Schritte, die zur Identifizierung neuartiger Elektrolytkomponenten mittels computergestützten Screening-Verfahren notwendig sind. FORSCHUNG — 79 Nanomaterialien für Hochleistungsenergiespeichersysteme Die Synthese von Nanomaterialien, die in einer mikrometergroßen Kohlenstoffmatrix eingebettet sind, ist eine effektive Methode, um Materialien zu erhalten, die für Energiespeicheranwendungen geeignet sind. In diesem Zusammenhang nutz- ten wir eine einfache und neuartige Sol-Gel- Synthese, in der, unter Zuhilfenahme von ioni- schen Flüssigkeiten (ionic liquids, ILs), Lithium- vanadiumphosphat (LVP) hergestellt wurde. Die ILs dienen als Soft-Template und als Kohlenstoff- quelle, wodurch die resultierenden LVP Nanokris- talle in einer Kohlenstoffmatrix eingebettet sind. Die Wahl der IL hat dabei einen starken Einfluss auf Morphologie, Größe und elektrochemischer Performance des LVPs. So lassen sich z. B. mit protischen ILs andere Morphologien erzeugen als mit „klassischen“ aprotischen ILs. [7] Zhang, X., Böckenfeld, N., Berkemeier, F., Balducci, A. (2014): Ionic-liquid assisted synthesis of nanostructured and carbon-coated Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 for high power electrochemical storage devices. ChemSusChem, 7 (6), 1710-1718. [8] Zhang, X., Kühnel, R.-S., Schroeder, M., Balducci, A. (2014): Revisiting Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 as Anode - An Outstanding Negative Electrode for High Power Energy Storage Devices. J. Mater. Chem. A, 2, (42), 17906-17913. [9] Zhang, X., Kühnel, R.-S., Hu, H., Eder, D., Balducci A. (2015): Going nano with protic ionic liquids – the synthesis of carbon coated Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 nanoparticles encapsulated in a carbon matrix for high power lithium-ion batteries. Nano Energy, 12, 207-214. Abb. 3. Einfluss des Kohlenstoffprecursors auf die Morphologie der in Kohlenstoff eingebetteten Lithium- vanadiumphosphat Nanopartikel.