Effect of Microstructure of Porous Carbon Materials on Electrical Conductivity

Kurzfassung

Lithium-Ionen-Batterien sind die aktuell marktbeherrschenden Batteriesysteme. Die Leistungsfähigkeit von konventionellen Li-Ionen Batterien ist jedoch allmählich ausgereizt. Um die Leistungsfähigkeit zu verbessern, wird an alternativen Anodenmaterialien geforscht, die eine erhöhte Kapazität mit ausreichender elektrischer Leitfähigkeit kombinieren. In dieser Arbeit wurden hochporöse Kohlenstoffaerogele mit unterschiedlichen kohlenstoffhaltigen Additiven gemischt. Leitfähigkeitsmessungen wurden für Belastungen von 1 bis 20 kN für die Ausgangsmaterialien und für Aerogel-AdditivKomposite in verschiedenen Mischungsverhältnissen durchgeführt. Die Mikrostrukturen wurden mittels Physisorption und Rasterelektronenmikroskopie analysiert. Die Materialien wurden anhand selbstdefinierter Partikelformen charakterisiert. Es wurde gezeigt, dass die Leitfähigkeit von Kohlenstoffaerogel durch den Einsatz von Additiven erheblich gesteigert werden konnte. Die höchsten Leitfähigkeiten konnten mit großen plättchenförmigen Partikeln erzielt werden, wohingegen flockenartige Partikelformen und gebrochene Fasern geringere Leitfähigkeiten aufgewiesen haben. Der Einfluss der Mikrostruktur auf die elektrische Leitfähigkeit hängt von vielen Faktoren ab, wie der Partikelgeometrie, Dichte, Reinheit, Porosität und der spezifischen Oberfläche. Aerogel-Additiv-Komposite wiesen eine erfolgreiche Kombination aus hoher spezifischer Oberfläche und guter elektrische Leitfähigkeit auf, die vielversprechende Anodenmaterialen in zukünftigen Batteriezellen sein könnten und deshalb weiter erforscht werden sollten.