KIP-Veröffentlichungen

In der vorliegenden Arbeit wird ein MoO₃/Nb₂C - Nanokomposit hinsichtlich seiner Eignung als Anodenmaterial für Lithium-Ionen Batterien untersucht. Die physikalische Charakterisierung erfolgte durch Röntgendiffraktometrie und Rasterelektronenmikroskopie. Für die elektrochemischen Messungen kamen zyklische Voltammetrie sowie galvanostatische Zyklierung zum Einsatz. Zunächst konnte die hohe elektrochemische Aktivität von α-MoO₃ sowie der signifikante Kapazitätsabfall aufgrund der strukturellen Degradierung des Aktivmaterials während Konversionsreaktionen im ersten Zyklus nachgewiesen werden. Zusätzlich konnte die exzellente Zyklenstabilität des synthetisierten MXene Nb₂C, mit einer reversiblen Kapazität von 182 mA h g^-1 nach 300 Zyklen bei 100 mA g^-1, bestätigt werden. Das MoO₃/Nb₂C - Nanokomposit, welches mit dem Kugelmahlverfahren für 6 Stunden bei 200 U/min mit dem Massen- verhältnis 1:1 (MoO₃:Nb₂C) hergestellt wurde, lieferte vielversprechende Ergebnisse. Mit einer reversiblen spezifischen Kapazität von 267 mA h g^-1 nach 200 Zyklen bei 100 mA g^-1 übertrifft das 1:1-MoO₃/Nb₂C - Nanokomposit die spezifische Kapazität von reinem MoO₃ um 210%. Die zugrundeliegende Hypothese, dass die Stabilität von MoO₃ bei Li⁺-Interkalation durch Einbettung in die MXene-Struktur verbessert werden kann, konnte belegt werden. Dies zeigt sich durch ein zusätzliches Redoxpaar bei 1.3 V/1.4 V, das bei CV-Messungen des 1:1-MoO₃/Nb₂C-Komposits beobachtet wurde und das auf eine reversible Interkalation von Li⁺ in eine neu gebildete Li_xMoO₃ Phase hindeutet. Ohne die Kompositbildung verschwindet das Auftreten des Einlagerungsprozesses in reinem MoO₃ nach ein paar Zyklen. Die Erhaltung des Interkalationsprozesses in MoO₃ erklärt die Kapazitätsverbesserung und zeigt, dass die neuartige Nanokompositstruktur zu einer geringeren Amorphisierung von reinem MoO₃ während der Lithiierung führt.

In the present work, a MoO₃/Nb₂C nanocomposite has been investigated with respect to its suitability as anode material for Lithium-ion batteries. The physical characterization is carried out by means of X-ray diffraction and scanning electron microscopy. For the electrochemical characterization, cyclic voltammetry and galvanostatic cycling is employed. High initial electrochemical activity of α-MoO₃ as well as significant capacity loss due to structural degradation of pristine MoO₃ upon lithiation has been demonstrated. Additionally, excellent cycling stability of the synthesized MXene Nb₂C was found, with a reversible capacity of 182 mA h g^-1 after 300 cycles at 100 mA g^-1. The MoO₃/Nb₂C nanocomposite, fabricated by the ball-milling method for 6 h at 200 rpm with 1:1 mass ratio (MoO₃:Nb₂C), yielded promising results. With a reversible specific capacity of 267 mA h g^-1 after 200 cycles at 100 mA g^-1, the 1:1-MoO₃/Nb₂C nanocomposite exceeds the specific capacity of pristine MoO₃ by 210%. The underlying hypothesis of improving the stability of MoO₃ upon Li⁺ intercalation by means of MXene functionalization was verified. This is shown by an additional redox pair at 1.3 V/1.4 V observed in CV measurements of the 1:1 MoO₃/Nb₂C composite, indicating reversible intercalation of Li⁺ into a newly formed Li_xMoO₃ phase. Notably, the signature of this intercalation process disappears in pure MoO₃ after a few cycles. The preservation of this process naturally explains capacity enhancement and demonstrates that the novel nanocomposite structure leads to less amorphization of pristine MoO₃ upon lithiation.