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5.3 Pechkoks
5.3.2 ORGANISCHER ELEKTROLYT 1M TEABF 4 /AN
Alle fünf Aktivkohlenstoffe wurden auch für die elektrochemische Charakterisierung zu
Elektrodenpellets präpariert und anschließend mit der zyklischen Voltammetrie und dem
galvanostatischen Zyklisieren in dem organischen Elektrolyt 1M TEABF 4 /AN vermessen. Dabei
ergaben sich interessante Abhängigkeiten für die spezifische Kapazität von dem Mikro- und
Mesoporenvolumen aus der QSDFT (siehe Abbildung 5.86), wobei die Bezifferung den Gewichtsanteil
des Kaliumhydroxidpulvers angibt. Erstaunlicherweise zeigt sich kein hierarchisches
Verhalten der Kapazität mit den Aktivierungsstufen, wie es aus der Gasadsorptionsanalyse
für die Oberfläche und das Gesamtporenvolumen der Fall war. Vor allem die Aktivierungsstufen
mit drei und fünf Massenanteilen des Kaliumhydroxids weichen stark von dem
erwarteten Verlauf ab. Nach einem großen Kapazitätsanstieg von 102 F/g auf 136 F/g durch
den zweifachen Massenanteil des Kaliumhydroxids, fällt diese bei der dreifachen Gewichtsmenge
wieder auf 127 F/g ab. Danach folgt wieder eine Steigerung auf die höchste Kapazität
von 140 F/g bei einer Aktivierung im Verhältnis von C : KOH = 1 : 4 [wt.] und bei der höchsten
Aktivierungsstufe folgt erneut ein Abfall der Kapazität auf 131 F/g. In der Abbildung sind
außerdem die Zusammenhänge des Mikro- und Mesoporenvolumens in dem jeweiligen
Material sehr gut erkennbar. Beispielsweise steigt das Mikroporenvolumen im Verlauf der
ersten bis dritten Aktivierungsstufe von 0.38 cm 3 /g auf 0.59 cm 3 /g und fällt dann wieder bei
der fünften Stufe auf 0.4 cm 3 /g ab. Allerdings im Verhältnis zum Gesamtporenvolumen nach
QSDFT, fällt der Mikroporenanteil stetig von Aktivierungsstufe zu Aktivierungsstufe. Bei
gleichen Gewichtsanteilen des Kokses zu Kaliumhydroxid, bildet sich ein sehr hoher Mikroporenanteil
von 95 %, wobei die restlichen 5 % den kleinsten Mesoporen zuzuordnen sind
(vgl. Abbildung 5.85). Im weiteren Verlauf dieser Versuchsreihe nimmt bekanntlich das Mikroporenvolumen
ab und das Mesoporenvolumen stark zu. Im Zusammenhang mit der Kapazität
ist wie bei dem Petrolkoks zu sehen, dass die Kapazität maximal ist, wenn das Mesoporenvolumen
prozentual zum Gesamtporenvolumen leicht höher liegt als das Mikroporenvolumen
und die beiden Werte um die 50 %-Marke liegen. Denn bei den vier Gewichtsanteilen des
Kaliumhydroxids besitzt das Mikroporenvolumen einen Anteil von 43 % und das Mesoporenvolumen
einen Anteil von 57 %. Nur eine geringe weitere Zunahme des Mesoporenvolumens
bei der letzten Aktivierungsstufe auf 67 % führt bereits zu einer Absenkung der spezifischen
Elektrodenkapazität um 6 %. Wie bereits das vorangegangene Ausgangsmaterial zeigt auch
dieser Koks eindeutige Voraussetzungen in der Porosität, um das Maximum der speicherbaren
Elektrolytionen zu erzielen. Ein hoch mikroporöser Aktivkohlenstoff im organischen Elektrolytsystem
1M TEABF 4 /AN führt nicht zur maximalen spezifischen Kapazität. Sondern erst ein
Porensystem mit ausgeglichenen Anteilen an Mikroporen mit einem Durchmesser von unter
2 nm und direkt anschließenden kleinsten Mesoporen mit einem Durchmesser von unter 6 nm,
lassen den Adsorptionsprozess für die Speicherung ideal werden. Die Mesoporen können
dabei vermutlich tatsächlich zunächst als Transportporen für die solvatisierten Ionen dienen,
die dann aber im Endstadium der Anlagerung ebenfalls einen Kapazitätsbeitrag durch vollständige
Volumennutzung liefern.
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