DISSERTATION_BURZLER_RAPHAELA.pdf - OPUS - Universität ...

5. Experimentelle Ergebnisse und Diskussion
Temperatur
[°C]
±² Zelle
(Zellmessung)
[F/g]
±²´
(Zellmessung)
[F/g]
[V]
[V]
±²´
[F/g]
±²´
[F/g]
900 14 56 0.90 2.06 108 38
1100 24 96 1.26 1.73 119 80
Tabelle 5.12: Spannungs- und spezifische Kapazitätswerte für die Anode und Kathode aus
der zyklischen Voltammetrie bis 3.0 V mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 10 mV/s in
1M TEABF 4 /AN für den Kohlenstoff aus der bei 900°C und 1100°C karbonisierten Braunalge
Lessonia nigrescens im Vergleich zu den Daten aus der Messung des Gesamtsystems
Für die Versuchsreihe, bei der die bereits karbonisierte Braunalge noch zusätzlich mit
Kaliumhydroxid aktiviert wurde, sind die Abhängigkeiten der spezifischen Elektrodenkapazität
von der Spannung für die negativen und positiven Elektroden für alle Aktivierungsstufen in der
Abbildung 5.34 aufgetragen. Auch hier weisen alle Kurvenverläufe auf beiden Elektrodenseiten
Kapazitätsspitzen auf, die in Form der scharfen Peaks erkennbar sind. Zudem besitzt das im
Verhältnis C : KOH = 1 : 2 [wt.] aktivierte Material bei Erreichen der maximalen positiven
Spannung einen großen pseudo-kapazitiven Beitrag von einer irreversiblen Oxidations-
Reaktion. Alle Aktivkohlenstoffe generierten auf Seiten der negativen Elektrode eine näher an
der Idealform eines Rechtecks liegende Kapazitätsantwort für ein rein kapazitives Verhalten
einer Doppelschicht, als an der positiven Elektrode, wo der Verlauf der spezifischen Kapazität
stärker abweicht. Bei der Zyklisierung des gesamten Zellsystems beider Elektroden erreichten
die maximale Kapazität von 160 F/g die im Verhältnis C : KOH = 1 : 4 [wt.] und C : KOH = 1 : 5
[wt.] aktivierten Kohlenstoffe. Bei der Einzelbetrachtung erreichte die vierte Aktivierungsstufe
die höchste spezifische Kapazität von 168 F/g durch die Adsorption der BF 4 -Ionen an der
Anode und die fünfte Aktivierungsstufe erreichte die höchste spezifische Kapazität von 158 F/g
durch die Adsorption der TEA -Ionen an der Kathode.
Als einzige Auffälligkeit zeigt die Porenradienverteilung der vierten Aktivierungsstufe
(vgl. Abbildung 5.20) im Mikroporenbereich einen sehr geringen Anteil der allerkleinsten
Mikroporen mit einem Radius von 0.18 nm, die unzugänglich sind, und einen sehr hohen Anteil
der Poren mit einem Radius von 0.41 nm. Dies würde dafür sprechen, dass sich die kleinen
BF 4 -Ionen mit einem unsolvatisierten Durchmesser von 0.48 nm eventuell sogar in die
allerkleinsten Poren mit einem Durchmesser von 0.36 nm „quetschen“ können. Oder alleinig
der Volumenunterschied von 8 % mehr für die Porenklasse mit einem Radius von 0.41 nm
begünstigt die verstärkte Anlagerung der positiven Elektrolytionen an der Kathode. Denn
theoretisch wäre dies die einzig zugängliche Mikroporenklasse für die TEA -Ionen (Durchmesser
unsolvatisiert 0.67 nm). Innerhalb der Aktivierungsstufen vom kleinsten zum größten
spezifischen Kapazitätswert, nimmt die Adsorption an der Anode um 20 % und an der Kathode
nur um 16 % zu. Das heißt, durch die Zunahme des Mesoporenvolumens nach QSDFT können
mehr von den größeren Elektrolytionen adsorbiert werden, aber gleichzeitig auch mehr von
den kleineren Ionen. Die hochporösen Eigenschaften des Aktivkohlenstoffs der höchsten
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