DISSERTATION_BURZLER_RAPHAELA.pdf - OPUS - Universität ...

5. Experimentelle Ergebnisse und Diskussion
5.5.3 CHARAKTERISIERUNG MIT QUASI-REFERENZELEKTRODE
Fünf Aktivkohlenstoffe aus der chemischen Aktivierung des Anthrazits wurden wie die Aktivkohlenstoffe
aus den anderen Rohstoffen, mit der Quasi-Referenzelektrode aus Platindraht in
dem organischen Elektrolyt 1M TEABF 4 /AN bis zu einer Spannung von 3.0 V vermessen. Die
Abhängigkeiten der spezifischen Elektrodenkapazität von der Spannung für die negativen und
positiven Elektroden sind in der Abbildung 5.114 aufgetragen. In Bezug auf Elektronentransferprozesse
sind im Bereich der maximalen Spannung an der Anode bei allen Aktivierungsstufen
nur leichte Oxidationen erkennbar. Allerdings zeigen an dieser Elektrode alle fünf Aktivkohlenstoffe
eine CV-Kurve in Form eines „Schmetterlingsflügels“. Das heißt, durch die Erhöhung der
Spannung an der Anode kann die Beweglichkeit der BF 4 -Ionen zusätzlich erhöht werden und
die Ionen können weiter in das Porennetzwerk gedrückt werden, wo sie tief im Inneren der
Porositätsstruktur mehr Kapazität generieren. Dagegen zeigen alle CV-Verläufe der Kathode
eher eine rechteckige Form, was für ein rein kapazitives Verhalten der Doppelschicht aus den
TEA -Ionen spricht. Die geringsten spezifischen Kapazitäten, sowohl an der Anode als auch an
der Kathode, erzielt das im gleichen Verhältnis aktivierte Material. Der höchste Spannungswert
an der Kathode mit 1.67 V ergibt die geringste Kapazität mit 84 F/g. An der Anode generieren
die BF 4 -Ionen einen Wert von 97 F/g. Im Vergleich ergab die Bestimmung der Elektrodenkapazität
aus der Messung des Gesamtsystems einen Wert von 90 F/g. Die zweite Aktivierungsstufe
ergibt die maximale spezifische Elektrodenkapazität von 123 F/g an der positiven
Elektrode, durch die Adsorption der BF 4 -Ionen. Die negative Elektrode liefert den kontrollierenden
kapazitiv niedrigeren Beitrag von 118 F/g, der aber auch innerhalb der Versuchsreihe
der höchste Wert für die Adsorption der TEA -Ionen ist. Dies sind die maximalen Elektrodenkapazitätswerte,
die für den chemisch aktivierten Anthrazit erreicht wurden. Wo die Charakterisierung
des Gesamtsystems die maximale Kapazität für die zweite Aktivierungsstufe aufzeigte,
sind nun ebenfalls die einzelnen Werte der Elektroden maximal (vgl. Tabelle 5.37). Bei
der Aktivierung mit fünf Massenanteilen des Kaliumhydroxids ergibt die Auswertung der
Kapazität an der Kathode einen ebenfalls hohen Wert durch die Anlagerung der TEA -Ionen
mit 117 F/g. Ab der dritten Aktivierungsstufe liegen die Elektrodenkapazitätswerte der
Kathode über denen der Anode, so dass die BF 4 -Adsorption die bestimmende Komponente für
die gesamte Testzelle ist. Auch die für die dritte und vierte Aktivierungsstufe gefundenen
Tendenzen der Gesamtkapazitäten aus den Quasi-Referenzelektroden-Messungen stimmen
mit dem Verlauf der Kapazitätswerte aus der elektrochemischen Charakterisierung des
Gesamtsystems überein. Die Kapazität fällt deutlich bei der Verwendung von drei statt nur
zwei Gewichtsanteilen des Kaliumhydroxids ab, um dann erneut anzusteigen. Die Erklärung
dieser schwankenden Kapazitätswerte ist in den Porositätseigenschaften des Aktivkohlenstoffs
aus Anthrazit begründet. Die Auswertung der Porenradienverteilungen (vgl. Abbildung 5.109)
ergab eine unregelmäßige Verteilung des Mikro- und Mesoporenvolumens vom Gesamtporenvolumen
nach der QSDFT (vgl. Tabelle 5.35). Das Mikroporenvolumen von 93 % bei der
ersten Stufe, nimmt bei der zweiten Stufe auf 88 % ab, wo die Quasi-Referenzelektrode den
maximalen Kapazitätswert für die BF 4 -Ionen ergibt. Das heißt, die 12 % der Mesoporen
reichen aus, um die BF 4 -Adsorption zu steigern. Dann bei der dritten Stufe erhöht sich das
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