Aerogele für mögliche Anwendung in Batteriesystemen: Der Einfluss der Zugabe von Additiven zu Aerogelen auf die Batteriekapazität

Kurzfassung

Das Thema Elektromobilität gewinnt derzeit immer mehr an Bedeutung und stellt die Automobil- und Luftfahrtindustrie durch die Umstellung von fossilen Brennstoffen auf Batteriesysteme vor große Herausforderungen. Neue leichtere und leistungsfähigere Batteriesysteme werden benötigt, um elektrisches Fliegen überhaupt zu ermöglichen. Zudem darf die elektrische Alternative nicht zu teuer sein um sich finanziell für die Airlines zu lohnen. Die Verwendung von recyceltem Reifenmaterial in Elektroden wäre eine umweltfreundliche und kostengünstige Alternative zu aktuell erhältlichen Elektrodenmaterialien. Leider war das Recycling von "Off-the-road"-Reifen (OTR), die an Fahrzeugen der Bergbau-, Forst- und Schwerindustrie eingesetzt werden, aufgrund der Größe der Reifen sowie ihrer extrem anspruchsvollen Konstruktion und zähen Gummimischungen bisher nicht möglich. Durch das neu entwickelte Recyclingverfahren der YX ist es nun möglich Automobil-, Flugzeug- und OTR-Reifen aller Formen, Größen und Zusammensetzungen zu recyceln. Das Ergebnis des Recyclingprozesses ist Dieselkraftstoff, Stahldraht und Ruß (Carbon Black - CB). Im Mittelpunkt dieser Forschung steht die Aufwertung und Wiederverwendung des Rußes aus dem Recyclingprozess von YX. Die erfolgreiche Umwandlung von CB in hochwertige Rohstoffe wird profunde Vorteile für die Umwelt, den Arbeitsmarkt und die technologische Industrie haben, die auf hochreinen Kohlenstoff und Graphit angewiesen sind. Insbesondere wurde die Integration des verbesserten CB in Kohlenstoff-Aerogele untersucht. Die Aerogel-CB Mischungen wurden dann als Elektrodenkomponente für den Bau einer Lithium-Ionen Batterie verwendet. Um die Leistung der Batterie zu untersuchen und sie mit den Roh-CB- und Aerogeleigenschaften in Beziehung zu setzen, wurde eine eingehende Materialcharakterisierung durchgeführt. Nach der Herstellung von Aerogelen mit unterschiedlichem CB-Gehalt und anderen Additiven (z.B. Graphen) wurden Li-Ionen-Batterien (Knopfzellen) hergestellt. Die Lade- und Entladekapazität der Batterien wurde für mindestens 100 Zyklen gemessen, zusammen mit der Charakterisierung mittels EIS (Impedanzspektroskopie). Die Leistungsmerkmale wurden anschließend mit der chemischen Zusammensetzung, Mikrostruktur und Verarbeitung der CB- und Aerogelbestandteile in Verbindung gebracht