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Wiederaufladbare Batterien Anodenmaterialien

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Präsentation zum Thema: "Wiederaufladbare Batterien Anodenmaterialien"—  Präsentation transkript:

1 Wiederaufladbare Batterien Anodenmaterialien
07.Januar.2014 Louisa Bohn

2 https://www.tvt.kit.edu/21_984.php [letzter Stand : 5.1.14]
Was ist eine Anode? https://www.tvt.kit.edu/21_984.php [letzter Stand : ]

3 Was ist eine Anode? Oxidationsprozesse an der Anode
Anode = Reduktionsmittel

4 https://www.tvt.kit.edu/21_984.php [letzter Stand : 5.1.14]
Was ist eine Anode? Anode https://www.tvt.kit.edu/21_984.php [letzter Stand : ]

5 Standardmaterial - Graphit
a) Struktur von hexagonalem α-Graphit. Die Schichtenfolge ist ABAB .. In der rhomboedrischen Form des -Graphits ist die Schichtenfolge ABCABC .. b) Mesomere Grenzstrukturen eines Ausschnittes einer Graphitschicht. c) Darstellung der zu delokalisierten π-Bindungen befähigten p-Orbitale. Riedel-Janik

6 Interkalation Reversible Einlagerung von Molekülen/Ionen in chemische Verbindungen Keine Änderung der Wirt-Struktur [letzter Stand: ]

7 Interkalation Lithium-Ionen Akku:
Einlagerung eines „Elektonendonators“  Elektronen werden über den äußeren Stromkreis geliefert

8 Probleme/Anforderungen an Anodenmaterialien
Kapazität Mechanische Stabilität Chemische Stabilität Kinetik

9 Kapazität Kapazität : Zahl der beim Entladen freigesetzten Elektronen pro Masse – bzw. Volumeneinheit . Erhöhung der Kapazität: Mehr Ladungsträger pro Masse/Volumen Mehr Li-Ionen Interkalation Forderung an Wirtstruktur: Masse und Dichte gering, aber hohe Li-Ionen Einlagerung möglich

10 Kapazität - Graphit Interkalation von Li in Graphit: LixCn
Maximale Interkalation: LiC6 mit x = 1 und n =6 Theoretische Kapazität: 372 mAh/g Kapazität ist begrenzt Keine Erhöhung der Li-Ionen-Interkalation möglich

11 Kapazität – Silicium Diamantstruktur Zink-Blende Typ
Kubisch flächenzentriert ½ aller Tetraederlücken besetzt Maximale Interkalation: Li15Si4 Theoretische Kapazität: 4200 mAh/g [letzter Stand: ]

12 Mechanische Stabilität – Silicium
Große Volumenänderung bei Lade- und Entladevorgang (300%) Ausdehnung beschädigt die Silicium-Elektrode stark  Zerstörung der Anode  großer Kapazitätsverlust

13 Mechanische Stabilität –Silicium
Lösungsansatz: Silicium-Nanodraht Feld aus Si-Nanodrähten Keine Gegenseitige Zerstörung der Drähte durch Ausdehnung

14 Chemische Stabilität – metallisches Lithium
geringen Größe und Gewicht stark negativen Elektrodenpotential Theoretische Kapazität: 3860 mAh/g Bildung eines Schutzfilms zwischen Elektrolyt und Elektrode

15 Chemische Stabilität - SEI
SEI – „solid electrolyt interphase “ Bildung einer Grenzschicht zwischen Elektrolyt und Elektrodenoberfläche Nur für Li-Ionen durchlässig Auch bei Li+-Interkalationsverbindungen organischen (polymeren und oligomeren) und anorganischen Zersetzungsprodukten (z.B. Li2CO3 oder LiF) K.Möller, M.Winter, Skript zum Anorganischen Praktikum – TU Gratz, 2005

16 Chemische Stabilität Probleme:
Bildung eines hochreaktiven Dendriten-Schwammes „Durchwachsen“ der Dendriten zur Kathode  Kurzschluss H.Kim, G.Jeong, Y.Kim, J.Kim, C.Parke, H.Sohn Chem. Soc. Rev., 2013,42, 9011

17 Elektrische Leitfähigkeit [S/m]
Kinetik Material Elektrische Leitfähigkeit [S/m] Graphit 1 · 10-2 LiC6 1 · 105 Silicium 1 · 103 Lithium 1 · 107

18 Literatur Hollemann-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102. Auflage) Berlin: de Gruyter, 2007 H.Kim, G.Jeong, Y.Kim, J.Kim, C.Parke, H.Sohn Chem. Soc. Rev., 2013,42, 9011 M.V.Reddy, G.V.Subba Rao, B.V.R.Chowdari, Chem. Rev., 2013, 113, 5364−5457 K.Möller, M.Winter, Skript zum Anorganischen Praktikum – TU Gratz, 2005 [letzter Stand: ] [letzter Stand: ] Riedel: Moderne Anorganische Chemie (3.Auflage) Berlin: de Gruyter, 2007


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