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5.2 Petrolkoks
5.2.5 WÄSSRIGE ELEKTROLYTSYSTEME
Der chemisch mit Kaliumhydroxid-Pulver aktivierte Petrolkoks wurde neben der Vermessung in
dem organischen Elektrolyt 1M TEABF 4 /AN auch in drei unterschiedlich konzentrierten,
wässrigen Elektrolyten untersucht. Dies waren eine 1-molare und 3.8-molare Schwefelsäure,
sowie die 6-molare Kaliumhydroxid-Lösung. Bei der Schwefelsäure wurden zwei unterschiedliche
Konzentrationen verwendet, zum einen 1 Mol pro Liter als häufig in der Literatur vorkommende
Konzentration [78, 79] und zum anderen liegt das eigentliche Leitfähigkeitsmaximum
der Schwefelsäure als Elektrolyt bei einer Konzentration von 3.8 Mol pro Liter
(vgl. Abbildung 4.14). Für die bessere Vergleichbarkeit innerhalb eines Elektrolytsystems
wurden zwei mit unterschiedlichen Massenverhältnissen aktivierte Aktivkohlenstoffe für die
elektrochemische Charakterisierung ausgewählt. Dies waren ein im Verhältnis C : KOH =
1 : 3 [wt.] und C : KOH = 1 : 5 [wt.] aktivierter Pechkoks, deren Eigenschaften aus den Kapiteln
5.2.2 und 5.2.3 zu entnehmen sind. Diese beiden Aktivkohlenstoffe wurden in allen drei
Elektrolyten vermessen, so dass zum einen die unterschiedlichen Materialien innerhalb eines
Elektrolytsystems verglichen werden, aber auch zum anderen das gleiche Material in drei
unterschiedlichen Elektrolyten vergliegt. Die Abbildung 5.66 zeigt die Abhängigkeit der
spezifischen Elektrodenkapazität über das Spannungsfenster von 0 – 0.8 V für die beiden
Aktivkohlenstoffe in allen drei wässrigen Elektrolyten. Im sauren Medium unterscheiden sich
die CV-Kurven nicht sonderlich stark und die beiden Materialien erreichen sowohl in der
1-molaren als auch in der 3.8-molaren Schwefelsäure einen Kapazitätswert von 215 F/g.
Hingegen im basischen Medium der 6-molaren Kalilauge ist ein deutlicher Unterschied vom
Kapazitätsniveau bei einem mittleren Spannungswert von 0.4 V zu erkennen. Beide
Materialien erreichen hier einen Wert von 276 F/g. Dies entspricht 28 % mehr spezifischer
Kapazität im basischen als im sauren Medium. Ein entscheidender Faktor bei dem unterschiedlichen
Adsorptionsverhalten der Elektrolytionen ist in der Dissoziation begründet. Denn die
saure Schwefelsäure dissoziiert in Wasser zu SO 4 2 und H 3 O und die basische Kalilauge
dissoziiert in Wasser zu K und OH . Die beiden Ionen der Schwefelsäure besitzen jeweils eine
höhere Anzahl an Atomen als die Ionen der Kalilauge, wodurch deren Ionendimensionen im
Nanometerbereich bestimmt werden. Die Ausmaße des K - und OH -Ions sind folglich sehr
viel geringer als die des SO 4 2 - und H 3 O -Ions. Dadurch werden aus dem basischen Elektrolyt
mehr Ionen in den Porenkanälen adsorbiert und eine höhere Kapazität wird generiert. Dies
wird zudem begünstigt, dass das Leitfähigkeitsmaximum der Kalilauge bei einer 6-molaren
Konzentration liegt und folglich auch noch mehr Ionen im Lösungsmittel für die Adsorption an
den porösen Kohlenstoffelektroden vorhanden sind. Aufgrund dieser Eigenschaften ist in
Wasser gelöstes Kaliumhydroxid als wässriger Elektrolyt für elektrochemische Doppelschichtkondensatoren
besser geeignet als die wässrige Schwefelsäure. Bei der genaueren Betrachtung
der Kapazitätsverläufe fällt zusätzlich auf, dass innerhalb eines Elektrolytsystems das höher
aktivierte Material eine stärkere Abweichung von dem rechteckigen Idealverlauf der Kurve
aufweist, im Vergleich zu dem niedriger aktivierten Kohlenstoff. Folglich laufen verstärkt
reversible Redox-Reaktionen bei der Verwendung des im Verhältnis C : KOH = 1 : 5 [wt.]
aktivierten Kokses ab. Reversibel, da die Beiträge der Pseudokapazitäten von an die 380 F/g in
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