DISSERTATION_BURZLER_RAPHAELA.pdf - OPUS - Universität ...

5. Experimentelle Ergebnisse und Diskussion
5.1.11 ELEKTROCHEMISCHE IMPEDANZSPEKTROSKOPIE
Für die Anwendung der hergestellten Aktivkohlenstoffe im elektrochemischen Doppelschichtkondensator
ist eine weitere sehr bedeutsame Materialeigenschaft der Widerstand bzw. die
Leitfähigkeit des Kohlenstoffs. Bei den dafür durchgeführten Messungen bei Raumtemperatur
(25°C) erhält man den Realteil “ • und Imaginärteil “ •• der komplexen Impedanz “ ∗ in Abhängigkeit
der Frequenz, deren Messbereich die Dekaden 10 mHz – 100 kHz umfasste. Aus
diesen Rohdaten wurde direkt der Nyquist-Plot (Imaginärteil vs. Realteil) aufgetragen, der
bereits erste Informationen über das Widerstandsverhalten des jeweiligen Materials liefert.
Anschließend wurden dann aus “ • und “ •• über die in Kapitel 4.6.1 erläuterten Zusammenhänge
die gewünschten Kennwerte berechnet, insbesondere der dimensionslose Real- und
Imaginärteil der komplexen Dielektrizitätskonstanten als geometrieunabhängige Materialgrößen,
sowie die Leitfähigkeit. Allerdings muss an dieser Stelle darauf hingewiesen werden,
dass die Messungen in der gleichen Testzelle wie die zyklische Voltammetrie mit dem
organischen Elektrolyt 1M TEABF 4 /AN durchgeführt wurden. Das heißt, die Messungen beinhalten
die Summe aus allen Eigenschaften des Zusammenspiels von Elektrolyt, Separatoren,
zwei Kohlenstoffelektroden und der metallischen Kontaktierung der Kohlenstoffelektroden. Es
gehen dabei zum Beispiel Widerstände der Ionenbewegungen im flüssigen Elektrolyt,
Widerstände beim Durchdringen der Ionen durch die Separatoren, Widerstände bei der
Ankunft der Ionen an der Kohlenstoffoberfläche, Widerstände bei der Fortbewegung der Ionen
im porösen Netzwerk des Kohlenstoffs und Widerstände beim Übergang der Elektronen vom
metallischen Kontakt in das Kohlenstoff-Bulkmaterial in die gesamte Erfassung mit ein. Wie
sich in dieser Aufzählung zeigt, stellt sich die Summe an Widerständen sehr umfangreich dar
und lässt sich durch diese Art der Charakterisierung nicht in ihre Einzelbestandteile trennen.
Da allerdings die Messungen immer exakt identisch durchgeführt wurden und das
Kohlenstoffmaterial der einzige Parameter war, der im Messaufbau verändert wurde, lassen
sich bei dem Vergleich der Auswertungen die auftretenden Unterschiede dem entsprechenden
Aktivkohlenstoff zuordnen. Zusätzlich existieren auch hier bereits Publikationen dieser Messmethodik
in Bezug auf Superkondensatoren [231, 233, 288 – 290], die trotz der Komplexität
eine Interpretation der Daten angeben.
Der Verlauf des Nyquist-Plots für eine ideale Kapazitätsgenerierung würde einer exakt
vertikalen Linie entsprechen. Die realen Messkurven für elektrochemische Doppelschichtkondensatoren
weichen jedoch davon ab und beginnen am Anfang der Messung bei den
hohen Frequenzen mit einem Halbkreis, wobei sich der Superkondensator wie ein reiner
Widerstand verhält. Darauf folgt der mittlere Frequenzbereich, der einem Übergangsbereich
entspricht, wobei das Eindringen der Elektrolytionen in die Tiefe des porösen Kohlenstoffnetzwerks
beobachtet werden kann. Letztendlich steigt für die niedrigen Frequenzen der
Imaginärteil der Impedanz mehr oder weniger steil nach oben an, was dem kapazitiven
Verhalten im Zusammenhang mit der Ionenadsorption im gesamten Porennetzwerk der
Elektrode entspricht. Umso mehr dieser Anstieg von der 90°-vertikalen Linie abweicht, desto
stärker ist die Abweichung von der ideal möglichen Kapazität im Material. Oder umgekehrt, je
geringer die Abweichung ist, desto besser sollte die Adsorption der Elektrolytionen sein. Dies
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