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Superkondensatoren

Im Rahmen der Forschung zu Superkondensatoren liegt der Fokus auf der Entwicklung von umweltfreundlichen Synthesestrategien für Elektrodenmaterial basierend auf Karbonallotropen und intrinsisch elektrisch leitfähigen Polymeren.

Typische Karbonallotrope für Anwendungen in Kondensatoren sind aktivierter Kohlenstoff (AC), Graphitderivate wie Graphitoxid (GO), reduziertes Graphitoxid rGO), Graphene, Graphitnanoplates (GNP) oder auch verschiedene Typen von Kohlenstoffnanoröhren (CNT). Kohlenstoffderivate wirken typischerweise als elektrochemische Doppelschichtkondensatoren (electrical double-layer capacitors - EDLCs). Die Ladung und Entladung erfolgt durch schnelle Ionenadsorption und –desorption, wobei für hohe Leistungsdichte eine hohe spezifische Oberfläche erforderlich ist. Die Energiedichte von Karbonmaterialien ist jedoch meist gering. Intrinsisch leitfähige Polymere wie Polypyrrol (PPy) oder Polyanilin (PANI) wirken als Pseudokondensatoren und zeichnen sich durch hohe Energiedichte aus, jedoch ist ihre Langzeitstabilität bei zyklischen Anwendungen und die Beladungs- und Entladungsgeschwindigkeit geringer als die der EDLC-Materialien. Die Kombination von Karbonstrukturen mit hoher Oberfläche mit den ICP sollte somit leistungsfähige Elektrodenmaterialien für Superkondensatoren ermöglichen.

Bei der Entwicklung von hochleistungsfähigen Elektrodenmaterialien konzentrieren wir uns auf folgende Fragestellungen:

  • Einfluss der Herstellungsbedingungen
  • Nutzung natürlicher Chemikalien für die Reduktion von GO
  • Nutzung natürlicher Chemikalien als Dispersionshilfe
  • Effekt von natürlichen Stoffen auf die Oberflächenmodifizierung von Karbonstrukturen mit ICP.

Genutzt werden dabei u.a. Zitronensäure, Dopamin oder Gerbsäure.

Foto: In-situ synthetisiertes PANI auf der Oberfläche von GNP

Basierend auf den Produkten sollen in dem gegenwärtigen EU-Projekt InComEss druckbare Pasten entwickelt werden, die die einfache Herstellung von leistungsfähigen und langlebigen Superkondensatoren u.a. für energieautarken IOT Anwendungen ermöglichen.

Ansprechpartner

Dr. Jürgen Pionteck
Ezgi Inci

Publikationen zu Superkondensatoren

Xueyan Zhao, Jürgen Pionteck: Electrochemical Performance of Polydopamine Modified PANI/rGO Composites: Dependency on Preparation Sequence, J. Appl. Pol. Sci. (2021) 138, 50663

Xueyan Zhao, Minoj Gnanaseelan, Dieter Jehnichen, Frank Simon, Jürgen Pionteck: Green and facile synthesis of polyaniline/tannic acid/rGO composites for supercapacitor purpose, J Mater Sci (2019) 15, 10809-10824

Xueyan Zhao, Olga Grätz, Jürgen Pionteck: Effect of dopant and oxidant on the electrochemical properties of polyaniline/graphite nanoplate composites, Polym. Int. (2018) 67, 1429-1437