DISSERTATION_BURZLER_RAPHAELA.pdf - OPUS - Universität ...

6. Zusammenfassung
trodenkapazität von 175 F/g. Analog zum Rohstoff der Braunalge wurde der Koks ebenfalls in
wässrigen Elektrolytsystemen charakterisiert, wobei das wässrige, alkalische Medium einer
sechs-molaren Kaliumhydroxidlösung Spitzenwerte von an die 300 F/g realisierte. Eine pyhsikalische
Aktivierung mit Kohlenstoffdioxidgas war dagegen weniger erfolgreich, denn im
Vergleich zum Referenzmaterial verschlechterten sich die Eigenschaften bei allen durchgeführten
Aktivierungszeiten. Des Weiteren wurden die hochporösen Aktivkohlenstoffe der
chemischen Koksaktivierung mit der Quasi-Referenzelektroden-Methode und der elektrochemischen
Impedanzspektroskopie bzw. die dielektrischen Materialeigenschaften untersucht.
Dabei konnten aufgrund der sehr geringen Verunreinigungen im Ausgangs- und somit auch im
Endmaterial für den Koksrohstoff pseudo-kapazitive Beiträge ausgeschlossen werden. Die sehr
hohen spezifischen Elektrodenkapazitäten wurden durch die reine elektrostatische Ionenadsorption
an der hochporösen Oberfläche generiert. Die Ergebnisse der Impedanzspektroskopie
zeigten für die Elektrodenkohlenstoffe aus dem chemisch aktivierten Petrolkoks
beachtenswerte kolossale Dielektrizitätskonstanten [258] von über 10 10 im Niedrigfrequenzbereich
von unter 1 Hz. Zudem konnte erneut gezeigt werden, dass der Aktivkohlenstoff mit
der höchsten spezifischen Elektrodenkapazität auch die höchste Leitfähigkeit besitzt. Zur
Untersuchung des Graphitierungs- bzw. Hochtemperaturverhaltens wurde der Rohkoks sehr
hohen Temperaturen bis zu 3000°C ausgesetzt. Daraufhin wurden die Strukturgefüge optisch
durch die hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. Dabei sind strukturelle
Unterschiede zwischen der hochtemperierten Braunalge Lessonia nigrescens und dem
Petrolkoks zu erkennen. Der Koks bildet deutlich mehr graphitische Strukturen aus, wobei die
Parallelität der einzelnen Graphenschichten und auch in einzelnen Bereichen die charakteristische
C 6 -Ringstruktur des Graphits sehr gut erkennbar ist. Abgerundet werden die
experimentellen Untersuchungen der Aktivkohlenstoffe aus dem Petrolkoks ebenfalls mit der
Charakterisierung der Oberfläche durch die Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie in
Kapitel 5.2.9. Neben Kohlenstoffverbindungen wie Carbonylgruppen, Laktone, Phenole und
Ethergruppen konnten dabei auch Rückstände der Kaliumverbindungen der chemischen Aktivierung
nachgewiesen werden.
Im Anschluss an den Petrolkoks wurde als weiterer Rohstoff ein Pechkoks für die Herstellung
hochporöser Kohlenstoffe verwendet. Dieser wurde ebenfalls nur chemisch mit Kaliumhydroxid
aktiviert, anschließend im organischen Elektrolytsystem 1M TEABF 4 /AN charakterisiert
und die Ergebnisse diskutiert. Die generierten BET-Oberflächenwerte blieben mit knapp
über 2500 m 2 /g unter den Maximalwerten des Pechkokses und auch die spezifischen Elektrodenkapazitäten
fielen mit 140 F/g um 20 % geringer aus. Die Trennung der anodischen und
kathodischen Vorgänge durch die elektrochemische Vermessung mit einer Quasi-Referenzelektrode
zeigte bei diesen Aktivkohlenstoffen deutlich pseudo-kapazitive Beiträge aufgrund
von Redox-Reaktionen an den Elektroden, wodurch sich die Ausgangszusammensetzung des
Pechkokses eindeutig von der des Petrolkokses unterscheidet. Das ermittelte Widerstandsund
Leitfähigkeitsverhalten durch die dielektrische Spektroskopie wurde ebenfalls als Kapitelabschluss
für die Aktivkohlenstoffe aus dem Pechkoks betrachtet und diskutiert. Auch hier
ergänzten sich die Ergebnisse mit der zyklischen Voltammetrie, denn die höchste ohne
pseudo-kapazitive Beiträge erreichte spezifische Elektrodenkapazität ergab auch die höchste
Leitfähigkeit im Aktivkohlenstoffmaterial.
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