Directly to content
  1. Publishing |
  2. Search |
  3. Browse |
  4. Recent items rss |
  5. Open Access |
  6. Jur. Issues |
  7. DeutschClear Cookie - decide language by browser settings

Nanostrukturierte Kohlenstoff-Komposite und Ammoniumvanadate als Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien

Ottmann, Alexander

English Title: Nanostructured carbon composites and ammonium vanadates as electrode materials for lithium-ion batteries

[img]
Preview
PDF, German
Download (30MB) | Terms of use

Citation of documents: Please do not cite the URL that is displayed in your browser location input, instead use the DOI, URN or the persistent URL below, as we can guarantee their long-time accessibility.

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden physikalische und elektrochemische Eigenschaften von potentiellen Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien untersucht. Die elektrochemischen Untersuchungen wurden mittels zyklischer Voltammetrie und galvanostatischer Zyklierung durchgeführt. Zur physikalischen Charakterisierung der Ausgangsmaterialien und elektrochemisch zyklierter Proben kamen Röntgendiffraktometrie, Elektronenmikroskopie und Magnetisierungsmessungen zum Einsatz. Zur Untersuchung der magnetischen Eigenschaften einzelner mikro- bis nanoskaliger Partikel wurde ein Mikro-Hall-Magnetometer aufgebaut und getestet. Die dargestellten Ergebnisse zeigen insgesamt, dass die elektrochemischen Eigenschaften von Anodenmaterialien durch Nanoskalierung in Kompositen mit Kohlenstoffmodifikationen signifikant verbessert werden können. In diesem Kontext wurden sowohl die oxidischen Konversionsverbindungen Mn3O4, MnO2, Fe2O3, CoFe2O4, ZnO und SnO2, die mit Lithium legierungsbildenden Elemente Ge und Sn als auch das Interkalationsmaterial TiO2 untersucht. Im Fall von gefüllten mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) können die reversiblen theoretischen Kapazitäten der Füllmaterialien erreicht und über mindestens 50 Zyklen erhalten werden. Die Ergebnisse von erstmalig untersuchten manganoxidisch gefüllten CNTs (Mn3O4@CNT) bestätigen insbesondere den Konversionsmechanismus im Inneren der CNTs. Auch hierarchisch strukturierte Kompositmaterialien von Kohlenstoffhohlkugeln mit MnO2- beziehungsweise SnO2-Nanopartikeln weisen durch die Beiträge der oxidischen Aktivmaterialien erhöhte spezifische Kapazitäten mit guter Zyklenstabilität auf. Untersuchungen am Kathodenmaterial NH4V3O8 zeigen, dass die reversible Ein- und Auslagerung von über zwei Li+-Ionen pro Formeleinheit über einen mehrstufigen diffusionskontrollierten Interkalationsmechanismus abläuft.

Translation of abstract (English)

In this thesis, physical and electrochemical properties of potential electrode materials for lithium-ion batteries are studied. The electrochemical studies were carried out by means of cyclic voltammetry and galvanostatic cycling. X-ray diffraction, electron microscopy, and magnetisation measurements were performed in order to characterise the physical properties of pristine as well as electrochemically cycled materials. A micro-Hall magnetometer, which enables studying the magnetic properties of individual micro- to nanoscaled particles, was set up and tested. In total, the presented results show, that the electrochemical properties of anode materials can be improved significantly by realising nanoscaled carbon composites. In this context, both the oxide conversion compounds Mn3O4, MnO2, Fe2O3, CoFe2O4, ZnO, and SnO2, the lithium alloy-forming elements Ge and Sn, and the intercalation material TiO2 were studied. In the case of filled multi-walled carbon nanotubes (CNT), the reversible theoretical capacities of the filling materials can be fully accessed for at least 50 cycles. In particular, the results on manganese oxide filled CNT (Mn3O4@CNT), which were studied for the first time, confirm the conversion mechanism inside the CNT. Hierarchically structured composite materials of hollow carbon spheres with MnO2 and SnO2 nanoparticles, respectively, exhibit improved specific capacities due to the contributions of the oxide active materials, too, and good cycling stability. Studies on the cathode material NH4V3O8 show, that the reversible incorporation and extraction of more than two Li+-ions per formula unit follow a diffusion controlled intercalation mechanism.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Klingeler, Prof. Dr. Rüdiger
Date of thesis defense: 8 February 2018
Date Deposited: 21 Mar 2018 10:37
Date: 2018
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 500 Natural sciences and mathematics
530 Physics
About | FAQ | Contact | Imprint |
OA-LogoDINI certificate 2013Logo der Open-Archives-Initiative