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Wiederaufladbare Batterien Anodenmaterialien

Wiederaufladbare Batterien Anodenmaterialien. 07.Januar.2014 Louisa Bohn. Was ist eine Anode?. Was ist eine Anode?. Oxidationsprozesse an der Anode Anode = Reduktionsmittel. Was ist eine Anode?. Anode. Standardmaterial - Graphit. Interkalation.

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Wiederaufladbare Batterien Anodenmaterialien

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Presentation Transcript

  1. Wiederaufladbare BatterienAnodenmaterialien 07.Januar.2014 Louisa Bohn

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

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

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

  5. Standardmaterial - Graphit Riedel-Janik

  6. Interkalation • Reversible Einlagerung von Molekülen/Ionen in chemische Verbindungen • Keine Änderung der Wirt-Struktur http://de.wikipedia.org/wiki/Interkalation_%28Chemie%29 [letzter Stand: 4.1.14]

  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 proMasse – 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 http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/11/aac/vorlesung/kap_5/vlu/atomkristalle.vlu.html [letzter Stand: 6.1.14]

  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 electrolytinterphase “ • Bildung einer Grenzschicht zwischen Elektrolyt und Elektrodenoberfläche • Nur für Li-Ionen durchlässig • Auch bei Li+-Interkalationsverbindungen 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.SohnChem. Soc. Rev., 2013,42, 9011

  17. Kinetik

  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.SohnChem. Soc. Rev., 2013,42, 9011 • M.V.Reddy, G.V.SubbaRao, B.V.R.Chowdari, Chem. Rev., 2013, 113, 5364−5457 • K.Möller, M.Winter, Skript zum Anorganischen Praktikum – TU Gratz, 2005 • http://www.ac.uni-kiel.de/bensch/forschungsgebiete/interkalationschemie [letzter Stand: 6.1.14] • http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Leitfähigkeit [letzter Stand: 5.1.14] • Riedel: Moderne AnorganischeChemie(3.Auflage) Berlin: de Gruyter, 2007

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