DISSERTATION_BURZLER_RAPHAELA.pdf - OPUS - Universität ...

2.3 Stand der Wissenschaft und Technik
spannung erreicht ist. Im selben Jahr veröffentlichte der gleiche Autor MYSYK eine weitere
Abhandlung über die Einengung der speziellen Tetraethylammonium-Kationen in nanoporösen
Kohlenstoffelektroden [71]. Eine maximale Kapazität pro spezifischer Oberfläche wurde hier
für eine durchschnittliche Porengröße von 0.7 nm für den Elektrolyt Tetraethylammoniumtetrafluorborat
in Acetonitril (TEABF 4 /AN) erreicht. Für Aktivkohlenstoffe mit einer kleineren
durchschnittlichen Porengröße als 0.7 nm beobachteten sie eine Verringerung der Kapazität,
aufgrund der schlechteren Zugänglichkeit der Porosität für die Ionen. Die Angleichung von
Porengröße und Ionengröße kann zu einer Elektrodensättigung innerhalb des Spannungsfensters
führen, was wiederum die Arbeitsspannung verringert und dadurch die lieferbare
Energie und Leistung eines Superkondensators herabsetzt. ANIA et al. veröffentlichten im Jahr
2009 eine Abhandlung über die Verformung von Ionen in den Poren von Kohlenstoffelektroden
für elektrochemische Kondensatoren [72]. Ihre Untersuchungen ergaben, dass die verformten
Ionen in ihrem eingeengten Zustand in den Poren, die Ausbildung einer Monoschicht ganz nah
an den Porenwänden des Elektrodenmaterials bewirken und sich letztendlich gar keine
Doppelschicht im ursprünglichen Sinn ohne Restriktionen ausbilden kann. Auch im Jahr 2012
veröffentlichte die Arbeitsgruppe um R. MYSYK erneut eine Abhandlung über ein spezielles
Oxidationsverfahren zur Herstellung von Aktivkohlenstoffen aus unporösen Kohlen für
elektrochemische Kondensatoren [73]. Aber die Diskussion um das Zusammenspiel von
Ionengröße und angepasster Porengröße ist aktuell noch nicht beendet, da sie in der
Veröffentlichung von SEGALINI et al. [74] aktuell wieder aufgegriffen wird. Zahlreiche aktuelle
Abhandlungen befassen sich auch mit neuartigen Kohlenstoffmaterialien für den Einsatz in
Superkondensatoren, wie zwiebelartig aufgebauten Kohlenstoffstrukturen [75] oder Aktivmaterialien
auf der Basis von Nano-Filzen aus Titancarbid [76].
Im Bereich der verschiedenen Elektrolytsysteme, die im EDLC zum Einsatz kommen, unterscheidet
man zwischen den Arten des Lösungsmittels, das für die Dissoziation der Ladungsträgersubstanz
in Anionen und Kationen notwendig ist. Beispielsweise kommt Wasser bei
Schwefelsäure oder Kaliumhydroxid zum Einsatz und als organische Lösungsmittel werden
Acetonitril oder Propylencarbonat für verschiedene Leitsalze verwendet. Im Jahr 2001 veröffentlichte
eine Arbeitsgruppe um F. BECK eine ausführliche Charakterisierung von industriellen
Rußen im wässrigen Elektrolyt der Schwefelsäure [77]. Experimentell konnten sie eine lineare
Abhängigkeit der spezifischen Kapazität von der spezifischen BET-Oberfläche (vgl. Kapitel 4.3.2)
zeigen. Den maximalen spezifischen Kapazitätswert von 250 F/g erreichte ein Kohlenstoff mit
einer BET-Oberfläche von 1690 m 2 /g. Eine Untersuchung von chemisch mit Kaliumhydroxid
aktivierter Steinkohle in den drei unterschiedlichen Elektrolyten von 6 mol/L KOH, 1 mol/L
H 2 SO 4 und 1 mol/L TEABF 4 /AN stellten im Jahr 2006 RAYMUNDO-PIÑERO et al. [67] vor. Auch
sie konnten für die Abhängigkeit der spezifischen Kapazität von der BET-Oberfläche für alle
drei Elektrolyte eine Linearität feststellen, die für die wässrigen Systeme ab einer BET-
Oberfläche von 2500 m 2 /g und für den organischen Elektrolyt bereits ab 2000 m 2 /g zu sättigen
begann. Die mit KOH aktivierte Kohle erreichte zudem maximale BET-Oberflächen von über
3000 m 2 /g und die maximalen Kapazitäten lagen im basischen System bei 286 F/g, im sauren
System bei über 300 F/g und im organischen System bei an die 180 F/g. Zudem wurde auch die
Langzeitstabilität von Systemen in wässrigen Elektrolyten untersucht, wobei RUIZ et al. [78]
herausgefunden haben, dass im sauren Elektrolyt 1 mol/L H 2 SO 4 die Stabilität deutlich besser
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