Synthese, Charakterisierung von geordneten 1D-Nanomaterialien und ihre photokatalytischen sowie elektrochemischen Funktionseigenschaften.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese von geordneten oxidischen 1DNanomaterialien. Zur Synthese dieser Materialien werden templatgestützte Synthesen verwendet. Es werden Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) durch templatgestützte Sythese in anodisch oxidiertem Aluminiumoxid mit verschiedenen Porendurchmessern mittels chemischer Gasphasenabscheidung hergestellt. Zusätzlich zur Synthese der CNTs in den porösen Aluminiumoxidtemplaten wird eine templatgestützte Gasphasenabscheidung (CVD) von Metalloxidnanoröhren in Aluminiumoxidtemplaten untersucht. Es können durch die templatgestützte CVD-Methode Metalloxidnanoröhren aus Titandioxid, Vanadiumoxid, Hafniumdioxid und Zirkondioxid erfolgreich hergestellt werden. Zusätzlich werden aus Titan- und Vanadiumoxid auch Hybridmaterialien synthetisiert. Diese dreidimensional geordneten Hybride werden auf ihre photokatalytischen Eigenschaften hin untersucht. Es wird gezeigt, dass ein Hybridmaterial aus Titan- und Vanadiumoxid eine Lösung des Farbstoffs Methylenblau durch die Einwirkung von sichtbarem Licht entfärbt. Dieser hier entwickelte Prozess zur Herstellung der Metalloxidnanoröhren wird anschließend auf die Synthese von Hybridmaterialien aus CNTs und Metalloxiden (VOx, TiO2, ZrO2, HfO2) übertragen. Durch diese Technik lassen sich gezielt Komposit- und Hybridmaterialien über die Gasphase herstellen. Wodurch die dreidimensional geordnete Struktur der CNTs auch nach der Beschichtung erhalten bleibt. Diese Komposite aus Metalloxiden und CNTs können als Anoden in Lithium-Ionen-Batterien Verwendung finden. Zur Herstellung von Kathodenmaterialien auf der Basis von CNTs, werden CNTs mittels Sol-Gel-Beschichtugen mit aktiven Lithium-Olivin-Materialien (sowohl silikat- als auch phosphatbasiert) beschichtet. Diese Komposite werden in der vorliegenden Arbeit auf ihre elektrochemischen Eigenschaften untersucht. Es wird gezeigt, dass eine Beladung von CNTs mit TiO2 die Stabilität und Kapazität der Batterien erhöht. Weiterhin wird der Einfluss von ionischen Flüssigkeiten als Elektrolyt auf die Stabilität der Batteriezellen untersucht. Auch hier zeigt sich eine Verbesserung der Zelleigenschaften bezüglich der Kapazität im Vergleich zu den meist verwendeten Standardelektrolyten1. Der Einsatz von hybridischen Materialien aus einem Elektrospinnprozess als Kathoden wird als alternativer Weg zur Herstellung geordneter Kathoden für Lithium-Ionen-Batterien untersucht

Feasibility and Limitations of High-Voltage Lithium-Iron-Manganese Spinels

Positive electrodes with high energy densities for Lithium-ion batteries (LIB) almost exclusively rely on toxic and costly transition metals. Iron based high voltage spinels can be feasible alternatives, but the phase stabilities and optimal chemistries for LIB applications are not fully understood yet. In this study, LiFe$_{x}$Mn$_{2-x}$O$_{4}$ spinels with x = 0.2 to 0.9 were synthesized by solid-state reaction at 800 °C. High-resolution diffraction methods reveal gradual increasing partial spinel inversion as a function of x and early secondary phase formation. Mössbauer spectroscopy was used to identify the Fe valences, spin states and coordination. The unexpected increasing lattice parameters with Fe substitution for Mn was explained considering the anion-cation average bond lengths determined by Rietveld analysis and Mn$^{3+}$ overstoichiometries revealed by cyclic voltammetry. Finally, galvanostatic cycling of Li-Fe-Mn-spinels shows that the capacity fading is correlated to increased cell polarization for higher upper charging cut-off voltage, Fe-content and C-rate. The electrolyte may also contribute significantly to the cycling limitations

Silicium bald auch in der Batterie

Metallluftbatterien gibt es seit Ende des 19. Jahrhunderts. Bisher kommt kommerziell aber nur die Zinkluftbatterie zum Einsatz, und zwar in Hörgeräten. Dafür sind Metallluftbatterien ideal, da sie über lange Zeit geringe konstante Ströme liefern. Derzeit suchen Wissenschaftler nach Elektrolyten, um ein wiederaufladbares Siliciumluftbatteriesystem herzustellen