KIP-Veröffentlichungen

In dieser Arbeit wurde ein Messplatz für die elektrochemische Untersuchung von Natrium""-Ionen Batterien realisiert und Elektrodenmaterialien für Natrium- und Lithium-Ionen Batterien untersucht. Für die physikalische Charakterisierung kamen das Röntgendiffraktometer und das Rasterelektronenmikroskop zum Einsatz. Die elektrochemische Charakterisierung erfolgte mittels Zyklovoltammetrie und galvanostatischer Zyklierung. Durch Leermessungen an Natrium""-Halbzellen konnte die prinzipielle Eignung des verwendeten Aufbaus validiert werden. Für Leitruß wurde in der ersten Sodiierung eine Kapazität von 475 mAh/g gemessen, diese fällt bis zum 100. Zyklus auf 123 mAh/g. 1M NaClO₄ (EC:PC) + 5,1% FEC zeigte gegenüber anderen getesteten Kombinationen eine überlegene Performance und wurde daher für die Untersuchungen an Natrium""-Ionen Batterien verwendet, mit CMC als passenden Binder. Als Anodenmaterialien für Natrium""-Ionen Batterien wurden kommerziell erhältliches MoS₂ Nanopulver, sowie drei Kompositmaterialien aus Kohlenstoff und MoS₂ mit unterschiedlicher Morphologie untersucht. Von entscheidender Bedeutung für die Zyklenstabilität und die erreichten Kapazitäten ist, ob nur die Interkalation oder auch die Konversionsreaktion stattfindet. Des Weiteren wurde gezeigt, dass ACuFe₂(VO₄)₃  (A=Na,Li) als Kathodenmaterial für Natrium""-Ionen Batterien ungeeignet ist. Dagegen konnte für LiCuFe₂(VO₄)₃ in einer Lithium""-Halbzelle eine Kapazität von 270 mAh/g in der ersten Lithiierung nachgewiesen werden, welche allerdings bis zum fünften Zyklus auf 205 maH/g fällt und wovon im 100. Zyklus 120 mAh/g verbleiben.

In the presented work, electrochemical measurements on electrode materials for sodium-ion and lithium-ion batteries are carried out by means of cyclic voltammetry and galvanostatic cycling. In addition, X-ray diffraction and scanning electron microscopy were applied to perform structural and morphological studies on the materials. The feasability of the setup is demonstrated by measurements on the empty sodium half-cell. For carbon black, a conductive additive, a capacity of 475 mAh/g during first sodiation has been achieved, which decreases to 123 mAh/g by cycle 100. 1M NaClO₄ (EC:PC) + 5,1% FEC as electrolyte shows superior performance over other testet combinations and is therefore chosen for the measurements on sodium-ion batteries, with CMC as a suitable binder. As anode materials for sodium-ion batteries, commercial MoS₂ nanopowder as well as three MoS₂-C composites with different morphologies are studied. Of utmost importance for the capacity, as well as the cycling stability, is, whether only intercalation or additionaly the conversion reaction takes place. Moreover, it is shown that ACuFe₂(VO₄)₃  (A=Na,Li) is uneligible for use in sodium-ion batteries. In contrast, for LiCuFe₂(VO₄)₃ as cathode material in a lithium-ion half-cell, a capacity of 270 mAh/g is achieved during first lithiation, which decreases to 205 mAh/g by the fifth cycle, with 120 mAh/g remaining by cycle 100.