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Wiederaufladbare Batterien Anodenmaterialien 07.Januar.2014 Louisa Bohn.

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Präsentation zum Thema: "Wiederaufladbare Batterien Anodenmaterialien 07.Januar.2014 Louisa Bohn."—  Präsentation transkript:

1 Wiederaufladbare Batterien Anodenmaterialien 07.Januar.2014 Louisa Bohn

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

5 Standardmaterial - Graphit 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: Li x C n Maximale Interkalation: LiC 6 mit x = 1 und n =6 Theoretische Kapazität: 372 mAh/g Kapazität ist begrenzt Keine Erhöhung der Li-Ionen-Interkalation möglich

11 Kapazität – Silicium [letzter Stand: ] Diamantstruktur Zink-Blende Typ Kubisch flächenzentriert ½ aller Tetraederlücken besetzt Maximale Interkalation: Li 15 Si 4 Theoretische Kapazität: 4200 mAh/g

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 K.Möller, M.Winter, Skript zum Anorganischen Praktikum – TU Gratz, 2005 SEI – solid electrolyt interphase Bildung einer Grenzschicht zwischen Elektrolyt und Elektrodenoberfläche Nur für Li-Ionen durchlässig Auch bei Li + -Interkalationsverbindungen

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

17 Kinetik MaterialElektrische Leitfähigkeit [S/m] Graphit1 · LiC 6 1 · 10 5 Silicium1 · 10 3 Lithium1 · 10 7

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, K.Möller, M.Winter, Skript zum Anorganischen Praktikum – TU Gratz, kiel.de/bensch/forschungsgebiete/interkalationschemie [letzter Stand: ] [letzter Stand: ] Riedel: Moderne Anorganische Chemie (3.Auflage) Berlin: de Gruyter, 2007


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