%0 Generic
%A Ottmann, Alexander
%D 2018
%F heidok:24201
%R 10.11588/heidok.00024201
%T Nanostrukturierte Kohlenstoff-Komposite und Ammoniumvanadate als Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien
%U https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/24201/
%X 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.