Sachbearbeitung: Mariia Liseanskaia, M.Sc., Institute for Materials and X-Ray Physics

Projektbeschreibung:

In diesem Projekt wird ein Zusammenspiel aus Flüssigkeitsdynamik und Elektrochemie erforscht, um die elektrochemischen Prozesse in nanoporösen elektrisch leitfähigen Materialien besser zu verstehen. Dabei steht insbesondere der Einfluss der Befeuchtung und Trocknung auf die Energieeigenschaften des porösen Werkstoffs im Vordergrund. Die Benetzungsphänomene in Nanoporen können zur Erzeugung elektrischer Energie in großem Maßstab genutzt werden. Nanoporöse Kohlenstoffmonolithe, die mit wässrigen Elektrolyten gefüllt sind, sind vielversprechende Kandidaten für die Gewinnung und Umwandlung elektrischer Energie. Es bildet sich eine elektrische Doppelschicht an der Grenzfläche Feststoff und Flüssigkeit welche durch Benetzung und Trocknung elektrischen Strom erzeugen kann ohne die Notwendigkeit einer externen Energiequelle.

Betreuer:

Prof. Dr. Patrick Huber, Prof. Dr.-Ing. Irina Smirnova

Methodik:

Experimente

• Dilatometry
• Gravimetry
• SAXS/WAXS
• Open-circuit methods
• Zero Resistance Amperometry

Gegenstand der Studie sind mesoporöse Kohlenstoffmonolithen. Sie werden durch Polymerisation, gefolgt von Karbonisierung und Aktivierung, hergestellt. Die Kohlenstoffe sind durch ein isotropes, miteinander verbundenes Porennetzwerk mit einer Porengröße von 10-12 nm gekennzeichnet.

In den Experimenten wird das Zusammenspiel von Aufsaugen und Verdampfen in nanoporösen Kohlenstoffen und die elektrochemische Reaktion auf diese Phänomene untersucht. Das ausgeprägteste Verhalten ist die Relaxation des Stroms, der zwischen der Probe und der Gegenelektrode fließt, sowie der Potenzialdifferenz zwischen ihnen. Die beobachteten Prozesse werden auch durch die Ionenmobilität beeinflusst, die einen "Flaschenhals" für die Relaxation darstellen kann, sowie durch die Bildung/Zerstörung der elektrischen Doppelschicht und durch oberflächenchemische Merkmale. All diese Parameter sollten erforscht werden, um besser zu verstehen, wie elektrische Energie durch den beschriebenen Mechanismus erzeugt werden kann.