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5. Experimentelle Ergebnisse und Diskussion
5.6 EVALUATION DER NANOSTRUKTURIERTEN AKTIVKOHLENSTOFFE
Für die unterschiedlichen Rohstoffe, die Braunalge Lessonia nigrescens, den Petrolkoks, den
Pechkoks, den Acetylenkoks und die Anthrazitkohle, wurden in den voranstehenden Kapiteln
die Versuchsreihen detailliert vorgestellt. Abschließend werden nun die jeweils „besten“
Aktivkohlenstoffe aus der chemischen Aktivierung mit Kaliumhydroxid eines Rohstoffes miteinander
evaluiert. Am „besten“ im Sinne der geeignetsten Materialeigenschaften in Bezug auf
die Anwendung im elektrochemischen Doppelschichtkondensator. Dazu wurden noch einmal
alle ermittelten Werte aus der Gasadsorption und der elektrochemischen Charakterisierung
gesichtet und letztendlich wurden die „besten“ Materialien nach dem wichtigsten Kriterium
der spezifischen Elektrodenkapazität für den Vergleich ausgewählt. Auch wenn das ein oder
andere Aktivmaterial in der Isotherme ein höheres Adsorptionsvolumen und damit eine
höhere Porosität zeigte, für die Anwendung ist absolut entscheidend, wieviel Elektrolytionen
tatsächlich adsorbiert werden und aufgrund dessen wurden die zu vergleichenden Materialien
danach ausgesucht. Im Einzelnen handelt es sich dabei um die nachträglich im Massenverhältnis
C : KOH = 1 : 5 aktivierte Braunalge Lessonia nigrescens (LN 1 : 5), den im Massenverhältnis
C : KOH = 1 : 4 aktivierten Petrolkoks (PLK 1 : 4), den im Massenverhältnis
C : KOH = 1 : 4 aktivierten Pechkoks (PHK 1 : 4), den im Massenverhältnis C : KOH = 1 : 4
aktivierten Acetylenkoks (ACK 1 : 4) und die im Massenverhältnis C : KOH = 1 : 2 aktivierte
Anthrazitkohle (ANK 1 : 2). Alle Aktivkohlenstoffe wurden bei einer Ofentemperatur von
850°C, einer Aktivierungszeit von 15 min, einer Heizrate von 5 K/min und einem Stickstofffluss
im Ofen von 2 L/min hergestellt.
Für diese fünf Materialien sind die Isothermen aus der Gasadsorptionsanalyse mit Stickstoff in
der Abbildung 5.116 aufgetragen. Der poröse Kohlenstoff aus der Alge zeigt dabei als einziger
einen Isothermenverlauf mit offener Hysterese zwischen der Adsoption und Desorption.
Bereits aus diesem charakteristischen Verlauf ergeben sich Rückschlüsse auf die im Material
vorliegenden Porositätseigenschaften. Der kontinuierliche Anstieg des adsorbierten Volumens
lässt auf eine breite Porenradienverteilung im Mesoporenbereich schließen und der zusätzliche
Anstieg des Volumens nahe einem Relativdruck von eins ist ein Indiz für vorhandene
Makroporen, die sich erst bei diesem Druckverhältnis füllen. Auch das höher liegende Niveau
des Volumens bei der Desorption im Vergleich zur Adsorption charakterisiert Mesoporen im
analysierten Aktivkohlenstoff. Die übrigen vier Vergleichsmaterialien zeigen dagegen ab einem
Relativdruck von 0.3 ein stabiles Niveau des adsorbierten Volumens und auch kein Hystereseverhalten
der Isotherme, wodurch Makroporen und größere Mesoporen in den Kohlenstoffen
ausgeschlossen sind. Dies bedeutet, dass bereits ab diesem Druckverhältnis das gesamte
Porennetzwerk mit adsorbiertem Gas gefüllt ist. Das höchste Adsorptionsvermögen, das
gleichbedeutend ist mit der höchsten Porosität, erreichte die nachträglich mit fünf Massenanteilen
des Kaliumhydroxids aktivierte Braunalge. Zu geringerem Adsorptionsvermögen
gestaffelt folgen darauf der aktivierte Petrolkoks, der Pechkoks, der Acetylenkoks und abschließend
mit dem niedrigsten Adsorptionsvolumen die aktivierte Anthrazitkohle.
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