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year 2016
author(s) Florian Wilhelmi
title Untersuchungen nanostrukturierter Fe2O3/C-, SnO2/C- und S/C-Kompositmaterialien fÜr elektrochemische Energiespeicher
KIP-Nummer HD-KIP 16-63
KIP-Gruppe(n) F25
document type Bachelorarbeit
Keywords LIB BWS
Abstract (de)

In der vorliegenden Arbeit werden unterschiedliche nanostrukturierte Kompositmaterialien hinsichtlich ihrer Anwendung als Elektrodenmaterial fur Lithium-Akkumulatoren mittels Röntgenbeugung, Elektronenmikroskopie, SQUID-Magnetometrie, Zyklovoltammetrie (CV) und galvanostatischer Zyklierung (GCPL) untersucht. Für Eisenoxid-Nanopartikel in Kohlensto ffnanoröhren zeigt sich aus den CVs und anfänglichen Kapazitäten über 600 mAh/g im GCPL, dass in den ersten Zyklen die Konversionsreaktion zwischen Fe2O3/Fe3O4 und Fe vollständig abläuft. Kapazitätsverluste von 80% nach 70 Zyklen werden auf fehlende Einbettung der Eisenoxid-Partikel in die Kohlenstoff nanoröhren zurückgeführt. Für ein Komposit aus Kohlenstoff -Sphären (HCS), Graphen-Flakes (GF) und eingebundenen SnO2-Partikeln konnte gezeigt werden, dass die Konversionsreaktion zwischen SnO2 und Sn in den ersten 5 Zyklen vollständig in beide Richtungen abläuft. Dies äußert sich im GCPL in spezi fischen Kapazitäten von über 1000 mAh/g, die nach 50 Zyklen noch ca. 370 mAh/g betragen. Als Anwendung fur Lithium-Schwefel-Akkumulatoren wird ein Komposit aus Schwefel in HCS/GF untersucht. Die Reversibilität der auftretenden Konversionsreaktion zwischen S und Li2S kann durch Zusatz von LiNO3 zum Elektrolyten erhöht werden.

Abstract (en)

In the present work di fferent nanostructured composite materials are analyzed regarding their application as electrode material for lithium secondary cells. Methods of X-ray diff raction, electron microscopy, SQUID-magnetometry, cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic cycling (GCPL) are applied. For iron oxide nanoparticles in carbon nanotubes GCPL with initial capacities over 600 mAh/g and CV reveal that the full conversion reaction between Fe2O3/Fe3O4 and Fe occurs in the fi rst cycles. Losses in the capacitiy of 80% after cycle 70 are ascribed to the insufficient embedment of iron oxide particles in the carbon nanotubes. For a composite of SnO2 particles captured in carbon spheres (HCS) and graphene flakes (GF) it is shown that the conversion reaction between SnO2 and Sn fully proceeds in both directions within the fi rst 5 cycles. In galvanostatic cycling this is demonstrated by initial specifi c capacities over 1000 mAh/g, which decrease to 370 mAh/g in cycle 50. A composite of sulfur in HCS/GF is investigated with respect to its application in lithium sulfur secondary cells. The reversibility of the conversion reaction between S and Li2S can be improved by adding LiNO3 to the electrolyte.

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