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6. ZUSAMMENFASSUNG
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Kohlenstoffmaterialien mit Porositäten im Nanometerbereich
für die Anwendung im elektrochemischen Doppelschichtkondensator (engl. electric
double layer capacitor, EDLC oder Superkondensator) hergestellt, charakterisiert und optimiert.
Die Funktionsweise dieses Bauteils basiert auf der eines klassischen Plattenkondensators,
wobei Elektrolytionen rein elektrostatisch ohne chemische Reaktionen an der Elektrodenoberfläche
angelagert werden und eine dünne dielektrische Grenzschicht ausbilden. Die
entscheidenden Eigenschaften für einen guten Superkondensator liefert dabei das Kohlenstoffmaterial,
das als Elektrodenmaterial zum Einsatz kommt. Bei diesem Material soll eine
möglichst hohe Oberflächenporosität auf Nanometerskala in Form kleinster Poren vorliegen.
Dies wird über chemische oder physikalische Aktivierungsprozesse realisiert. Bei der chemischen
Aktivierung wird ein unporöser Ausgangskohlenstoff mit chemischen Substanzen, wie
Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid in bestimmten Massenverhältnissen vermischt und im
Anschluss mit geeigneten Temperaturbehandlungen unter Ausschluss von Sauerstoff in ein
hochporöses Kohlenstoffmaterial umgewandelt. Bei der physikalischen Aktivierung wird dagegen
der unporöse Kohlenstoff bei hohen Temperaturen mit Gasen wie Kohlenstoffdioxid oder
Wasserdampf behandelt und dadurch ebenfalls eine poröse Struktur erzeugt. Diese Materialien
sind bereits seit Jahrzehnten bekannt und werden als Aktivkohlenstoffe bezeichnet.
Aktuelle Forschungsaktivitäten der Materialentwicklung für Superkondensatoren auf Kohlenstoffbasis
beschäftigen sich unter anderem mit der genauen Anpassung der Porengröße an die
Dimensionen der Elektrolytionen [66, 69 – 71], um spezifische Kapazitäten, Energien und
Leistungen des Kondensators zu maximieren.
Der Superkondensator wird aktuell beispielsweise in der Hybridtechnologie für Automobile
eingesetzt. Dabei dient er als Additivkomponente zu einem klassischen Akkumulator und
einem konventionellen Verbrennungsmotor. Diese Technologie stellt die Vorstufe zur reinen
Elektromobilität dar, die aufgrund der weltweiten Ressourcenproblematik zukunftsnah umgesetzt
werden soll. Die grundlegende Idee und ein Ziel der Arbeit war somit die Herstellung
eines für die Anwendung sehr guten Kohlenstoffmaterials aus einem nachwachsenden Rohstoff.
Motiviert durch vielversprechende Untersuchungen der Braunalge Lessonia nigrescens
[25 – 27] untersuchte ich in einem ersten Schritt das Potenzial dieser Pflanze als mögliches
EDLC-Material. Als die Möglichkeiten dieses Materials ausgeschöpft waren und sich als begrenzt
herausstellten, wurden weitere allerdings bereits hochreine Kohlenstoffe als Ausgangsmaterialien
zur Herstellung der hochporösen Kohlenstoffe herangezogen. Dies waren ein
Petrolkoks, ein Pechkoks, ein Acetylenkoks und die Anthrazitkohle. Der Fokus lag hier
besonders auf den Möglichkeiten und der Optimierung der chemischen Aktivierung, die für
alle vier Rohstoffe detailliert analysiert und diskutiert wurde. Um die Eigenschaften der
Kohlenstoffporositäten auf genaueste Art und Weise erfassen zu können, stand eine sehr
vielfältige Palette an modernsten Materialcharakterisierungsmethoden zur Verfügung, deren
theoretische Grundlagen in Kapitel 4 erläutert wurden. Neben Physisorptionsmessungen zur
Untersuchung der Porosität richtete sich ein weiterer Schwerpunkt auf die elektrochemischen
Eigenschaften der verschiedenen Aktivkohlenstoffe, welche durch die quasistationäre Mess-
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