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Lehrstuhl für Kohlenstoffnanomaterialien
Prof. Dr. Philipp Adelhelm
ProExzellenz II-Professur
Die Fähigkeit einiger Schichtstrukturen, Lithiumionen hoch-
reversibel einzulagern, bildet die Basis für die Lithiumio-
nenbatterie. Interessanterweise gibt es bisher keine kom-
merzialisierte Natriumionenbatterie mit vergleichbarem
Reaktionsprinzip. Dabei ist das Element Natrium aufgrund
seiner guten Verfügbarkeit naturgemäß ein aussichtsrei-
cher Kandidat für den Einsatz in Batterien. Innerhalb dieses
Projektbereichs wird die Redoxaktivität von Graphit gegen-
Abb. 1. Funktionsprinzip einer Lithiumionenbatterie und eine
möglichen Natriumionenbatterie.
Forschungsschwerpunkte
Die Besetzung des Lehrstuhls am Institut für Technische Chemie und Umweltchemie erfolgte im April 2015. Die Arbeits-
gruppe sowie die zugehörigen Labore befinden sich zurzeit im Aufbau. Die Schwerpunkte liegen in Bereichen der
angewandten Materialforschung und der Elektrochemie:
Energiespeichermaterialien basierend auf gut verfügbaren Elementen
Grundlegende Untersuchungen zur Elektrochemie von Materialien für Lithiumionen- und Natriumionenbatterien.
Aufklärung von Unterschieden und Gemeinsamkeiten
Präparation und Charakterisierung von Kompositelektroden
Alternative Zellkonzepte basierend auf flüssigen Elektroden (Redox-flow-Konzepte) oder festen Elektrolyten
(Solid-state-Konzepte)
Präparation und Modifikation von Kohlenstoffmaterialien sowie deren Einsatz in elektrochemischen Zellen
Charakterisierung von Kohlenstoffmaterialien
Dünnschichtsysteme
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über Lithium und Natrium untersucht. Interessanterweise
galt Graphit bis vor kurzem als nahezu elektrochemisch
inaktiv gegenüber Natrium, so dass Graphit als Elektroden-
material für Natriumionenbatterien auszuscheiden scheint.
Grund hierfür ist der spezielle Größeneffekt des Natriumi-
ons. Innerhalb des Projekts konnte überraschenderweise
gezeigt werden, dass der spezielle Größeneffekt dadurch
umgangen werden kann, dass neben dem Ion auch Lö-
sungsmittelmoleküle interkaliert werden. Es entsteht eine
ternäre Graphitinterkalationsverbindung (t-GICs). Die Exis-
tenz ternärer GICs ist ein bekanntes Phänomen und wird in
der Forschung auf Batterien als parasitäre Nebenreaktion
erachtet. Im Projekt konnte jedoch überraschenderweise
gezeigt werden, dass die Bildung ternärer GICs mit Natri-
um als Kation hochreversibel und ohne große kinetische
Hemmungen verläuft.
[1] Jache B., Adelhelm P. (2014): Use of Graphite as a Highly Reversible
Electrode with Superior Cycle Life for Sodium-Ion Batteries by Making Use
of Co-Intercalation Phenomena. Angewandte Chemie International Edition.
DOI:10.1002/anie.201403734.
[2] Adelhelm, P. (2014): Alternative Natrium. Nachrichten aus der Chemie.
DOI:10.1002/nadc.201490415.
Ternäre Graphitinterkalationsverbindungen