Herstellung der Carbon Spheres und Bau der Swagelokzelle
Auswertung
1* Synthesedurchlauf 2* Synthesedurchlauf
Stabiles Zyklisierverhalten über die ersten 50 Zyklen bei
Entladekapazitäten > 215 mAhg-1 und Effizienzen >99,6%
Zyklisierung
Cyklovoltametrie
REM-Aufnahmen
Vergleichstabelle
Insgesamt haben wir bei unseren Forschungen zahlreiche interessante
und vor allem sehr positive Ergebnisse gewinnen können. Auch wenn
wir es noch nicht ganz geschafft haben, ein Anodenmaterial aus
Zuckerrübensirup herzustellen, das für die Industrie attraktiv wäre,
konnten wir jedoch nachweisen, dass es möglich ist einen
Akkumulator herzustellen, der aus einem nachwachsenden Rohstoff
besteht und sowohl nachhaltiger als auch umweltfreundlicher ist.
Besonders aufgrund der momentan noch herrschenden Ungewissheit,
ist auf diesem Themengebiet noch ein sehr starker Forschungsbedarf
vorhanden. Wird dieser Bereich also weiterhin berücksichtig und
werden auch durch die Politik an den richtigen Stellen Anreize
geschaffen, könnte sich daraus ein vielversprechender Zukunftsmarkt
entwickeln.
Fazit
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
0.2
Scanrate: 0.1 mV s-1
WE: Carbon Spheres/ Super C65/ CMC (90/5/5), Cu-FolieCE: LiElectrolyte: EC/DEC 3:7, 3% VC, 1M LiPF6
Aktivmaterial: 2.61 mg
i / m
A m
g-1
Potential vs. Li/Li+ / V
1. Zyklus 2. Zyklus 3. Zyklus 4. Zyklus 5. Zyklus
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
Scanrate: 0.1 mV s-1
WE: Carbon Spheres/ Super C65/ CMC (90/5/5), Cu-FolieCE: LiElectrolyte: EC/DEC 3:7, 3% VC, 1M LiPF6
Aktivmaterial: 1.94 mg
i / m
A m
g-1
Potential vs. Li/Li+ / V
1. Zyklus 2. Zyklus 3. Zyklus 4. Zyklus 5. Zyklus
0 10 20 30 40 500
255075
100125150175200225250275300
charge capacity discharge capacity efficiency
Spez
ifisc
he K
apaz
ität /
mAh
*g-1
Zyklenzahl
Electrode: Carbon Spheres vs. Li Electrolyte: EC/DEC 3:7, 3% VC, 1M LiPF6
Voltage range: 1.5 V - 0.01 V, C-Rate= 1 C 0
20
40
60
80
100 E
ffizie
nz /
%
0 10 20 30 40 500
255075
100125150175200225250275300
charge capacity discharge capacity efficiency
Spez
ifisc
he K
apaz
ität /
mAh
*g-1
Zyklenzahl
Electrode: Carbon Spheres vs. Li Electrolyte: EC/DEC 3:7, 3% VC, 1M LiPF6
Voltage range: 1.5 V - 0.01 V, C-Rate= 1 C 0
20
40
60
80
100
Effi
zienz
/ %
Stabiles Zyklisierverhalten über die ersten 50 Zyklen bei
Entladekapazitäten > 100 mAhg-1 und Effizienzen >99,5%
Herkömmlich Zelle mit reinen CS Zelle mit reinen CS und doppeltem
Synthesedurchlauf Theoretische
Kapazität 372 mAhg-1 372 mAhg-1 372 mAhg-1
Spezifische Kapazität
300 mAhg-1 225 mAhg-1 100 mAhg-1
Zyklenstabilität 99,99% 99,6% 99,7%
Material fossil nachwachsend nachwachsend
Was haben Zuckerrüben in E-Autos zu suchen?
BUW I
Lilith Diringer (16) Leonie Vieler (17) Marie Yatou Diop (17)
WWF 2°Campus 2015 In Kooperation mit MEET Münster
Zuckerüben – unser Ausgangsmaterial Zuckerrüben bestehen zum Großteil aus Saccharose: ein Disaccharid aus den Teilzuckern
Glukose und Fruktose, die wiederum aus Kohlenstoffatomen aufgebaut sind.
.
Grundwissen: Aufbau eines Lithium-Ionen-Akkumulators
Einleitung
Mit den Folgen der Veränderungen, die dies mit sich zieht, müssen auch wir in Deutschland
umgehen, weshalb es umso wichtiger ist, uns bereits jetzt gegensteuernde Maßnahmen zu
überlegen. Dem Mobilitätssektor kommt dabei eine wichtige Rolle zu. Hier sollten bis 2050 83% der
Emissionen eingespart werden [1]. Um dies zu erreichen, ist der flächendeckende Einsatz von E-
Autos eine der gängigsten Ideen. Der Lithium-Ionen-Akkumulator verzeichnet zurzeit den größten
Marktwachstum. Darüber hinaus steckt viel Potenzial in der Weiterentwicklung dieses
Akkumulators, da seine Möglichkeiten noch längst nicht ausgeschöpft sind. Bisher werden aber
umweltschädliche Materialien bei seinem Bau verwendet. [2] Wir haben uns bei unserer Forschung
auf die Anode dieses Akkumulators konzentriert. Statt des momentan verwendeten Graphits haben
wir eine Anode aus Carbon Spheres, gewonnen aus Zuckerrübensirup hergestellt, um unsere Zelle
umweltfreundlicher zu gestalten
Ziel unserer Arbeit Ziel unserer Arbeit ist es zunächst einmal, zu zeigen, dass es möglich ist, einen nachwachsenden
Rohstoff als Anodenmaterial eines Akkumulators zu verwenden und damit ähnlich gute
Ergebnisse zu erzielen, wie bei einem Akkumulator mit einer herkömmlichen Anode. Des Weiteren
haben wir die Carbon Spheres auf unterschiedliche Weise hergestellt, um zu ermitteln welche
Carbon Spheres sich am besten als Anodenmaterial eignen.
Literatur [1] WWF Deutschland, Studie „Modell Deutschland“, Stand: 2009. [2] http://www.umweltbundesamt.de/themen/wirtschaft-konsum/umweltbewusstleben/lithium-batterien-akkus [3] http://carbomer.com/news/wp-content/uploads/2015/01/Glucose-and-Fructose.jpg .
Dier Klimawandel ist momentan in aller Munde.
2015 war das heißeste mit Klimadaten erfasste
Jahr – und das wird vermutlich nicht das
Rekordjahr bleiben.
REM Aufnahme Carbon Spheres
Graphit ist als Anodenmaterial sehr gut
geeignet, da es aus übereinanderliegenden
Graphen-Schichten aufgebaut ist. Es bilden sich
in dieser Struktur einzelnen Graphen-Schichten
mit einem vergleichsweise großem
Zwischenraum von 0,35 nm in den die Lithium-
Ionen gut interkalieren können.
Carbon Spheres als Elektrodenmaterial
Allerdings wird ein Teil des Graphits aus Erdöl hergestellt, das auf der Erde nur begrenzt abbaubar zur
Verfügung steht und dessen Weiterverarbeitung nicht umweltfreundlich ist. Ein alternativer Stoff mit
ähnlichen Eigenschaften sind Carbon Spheres. Diese sind aus kugelförmig zusammengelagerten
Graphen-Strukturen aufgebaut und bilden sehr kleine runde Kohlenstoffpartikel. Sie können
beispielsweise aus Zuckerrüben, einem nachwachsenden Rohstoff, gewonnen werden.
Aufgrund dieser Ähnlichkeit zu Graphit eignen sich Carbon Spheres als Anodenmaterial, da deren
Molekülstrukturen eine Anlagerung der Lithium-Ionen zulassen, sie aber gleichzeitig keine negativen
Auswirkungen auf unser Klima zeigen, da deren momentan unverwendeten Abfälle für unsere
Zwecke recycled werden können.
Zuckerrübenabfälle
momentan unsere Idee
Die Reaktionsgleichungen am Beispiel
des Entladevorgangs
Reaktion an der Anode:
LixCn nC + xLi+ + xe-
Reaktion an der Kathode:
Li1-x Mn2O4 + xLi++ xe- LiMn2O4
Gesamtreaktion:
Li1-x Mn2O4 + LixCn LiMn2O4 + nC
Saccharose
Lilith Diringer (16) Leonie Vieler (17) Marie Yatou Diop (17)
WWF 2°Campus 2015 In Kooperation mit MEET Münster
Was haben Zuckerrüben in E-Autos zu suchen?
BUW I
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