Jahresbericht 2018-2019

Ionische Flüssigkeiten sind interessante Elektro- lyte für Energiespeicher, z. B. Superkondensato- ren und wiederaufladbare Batterien [5]. Die Grup- pe beschäftigt sich intensiv mit der Synthese und Charakterisierung neuartiger ionischer Flüssig- keiten, die für die Energiespeicherung geeignet sind. Wir haben kürzlich die Eigenschaften einer neuen Klasse von Elektrolyten auf der Basis von „Wasser-in-protischen ionischen Flüssigkeiten“ vorgeschlagen und untersucht. Wir haben ge- zeigt, dass diese Elektrolytlösungen Eigenschaf- ten an der Grenze zwischen aprotischen und pro- tischen Elektrolyten aufweisen, die genau abge- stimmt werden können [7]. In jüngster Zeit arbei- tet die Gruppe in Zusammenarbeit mit französi- schen und italienischen Arbeitsgruppen auch an der Immobilisierung protonischer Flüssigkeiten, z. B. in Polymeren oder Silicagelen, mit dem Ziel, die elektrochemische Betriebsspannung dieser Klasse ionischer Flüssigkeiten zu erweitern. [5] Stettner, T., F.C. Walter, and A. Balducci, Imidazolium‐Based Protic Ionic Liquids as Electrolytes for Lithium‐Ion Batteries. Batteries & Supercaps, 2019. 2(1): p. 55-59. [6] Stettner, T., et al., Mixtures of glyme and aprotic-protic ionic liquids as electrolytes for energy storage devices. The Journal of chemical physics, 2018. 148(19): p. 193825. [7] Stettner, T., et al., Water in Protic Ionic Liquids: Properties and Use of a New Class of Electrolytes for Energy‐Storage Devices. ChemSusChem, 2019. 12(16): p. 3827-3836. Ionische Flüssigkeiten in Hochleistungsenergiespeichersystemen FORSCHUNG — 83 Abb. 3. Wasser-in-protischen ionischen Flüssigkeiten und PyrH4TFSI immobilisiert innerhalb eines Polyethy- lenoxid basierten Polymers. In Kollaboration mit Claudio Gerbaldi (Politecnico di Torino). kommerzieller Systeme vergleichbar sind und eine stabile SEI (Solid Electrolyte Interface) auf Graphitelektroden bilden [2]. Vor kurzem haben wir gezeigt, dass Leitsalze bei der Synthese von Materialien direkt in Aktiv- kohle für Superkondensatoren integriert werden können. Durch die mechanochemische Reaktion eines nicht weiter benötigten Pyrolyse-Reagenzes mit einer sehr starken Säure (pKa = -11) wird in der Aktivkohle ein leicht lösliches metallorgani- sches Leitsalz synthetisiert. Durch Zugabe eines Lösungsmittels kann der Elektrolyt ohne weitere Zwischenschritte (z. B. Reinigung) „in-situ“ direkt in der Zelle gebildet werden. Es hat sich gezeigt, dass diese Art der Umwandlung deutlich weniger Abfallprodukte produziert und dass die Leistung des entstehenden Superkondensators mit der von kommerziellen Systemen vergleichbar ist. Im Falle von organischen Polymerbatterien haben wir gezeigt, dass die Elektrolytzusammen- setzung einen dramatischen Einfluss auf die elektrochemische Leistung von Poly(2,2,6,6- tetramethyl-piperidenyloxyl-4-ylmethacrylat) (PTMA) hat. Durch die Verwendung von geschnei- derten Elektrolyten ist es möglich die Elektroden- stabilität zu verbessern und gleichzeitig die Selbstentladung deutlich zu reduzieren [3,4]. [1] L. H. Hess, A. Balducci, ChemSusChem 2018, 11, 1919-1926. [2] L. H. Hess, S. Wankmüller, L. Köps, A. Bothe, A. Balducci, Batteries & Supercaps 2019. [3] P. Gerlach, R. Burges, A. Lex-Balducci, U.S. Schubert, A. Balducci, Journal of Power Sources 405 (2018) 142–149. [4] P. Gerlach, R. Burges, A. Lex-Balducci, U.S. Schubert, A. Balducci, Electrochimica Acta 306 (2019) 610–616.