Untersuchung des Einflusses der hydrophoben Schicht auf die Funktion bifunktioneller Sauerstoffelektroden für die Lithium-Luft-Batterie

Kurzfassung

Die Sauerstoffelektrode der Lithium-Luft-Batterie benötigt für einen optimierten Betrieb eine hydrophobe Schicht (HL). Die HL besteht aus einem Verbund aus Graphit und mikroporösem Polytetrafluorethylen (PTFE). Um die Verdunstung des Elektrolyten sowie eine Verschmutzung der Elektrode von außen weitestgehend einzuschränken, muss diese Schicht eine ausreichende Hydrophobizität aufweisen. Zusätzlich sollte sie eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen, um den Gesamtwiderstand der Zelle nicht wesentlich zu erhöhen. In dieser Arbeit wurde der Einfluss der HL auf die Leistung der Sauerstoffelektrode untersucht. Hierzu wurden sowohl elektrische als auch elektrochemische Charakterisierungsmethoden an Halbzellen durchgeführt. Zur Berechnung der ohmschen Verluste wurden elektrische Leitfähigkeitsmessungen durchgeführt. Außerdem wurde die zyklische Voltammetrie (CV) angewandt, um aus den resultierenden Grenztromdichten eine Aussage auf die Leistung der Zellen treffen zu können. Mit Hilfe der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS), wurden, auf Grundlage eines physikalisch begründeten Ersatzschaltbildmodells, die Polarisationsverlustanteile identifiziert. Die Untersuchungen der elektrischen Leitfähigkeit ergaben eine eindeutige Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes vom PTFE-Gehalt der HL. Durch die Auswertung der CV-Messungen stellte sich heraus, dass die HL insbesondere die Sauerstoff-Reduktion beeinflusst. Schließlich wurden durch Aufnahme von EIS bei verschiedenen Stromdichten, die aus der CV-Analyse gewonnenen Ergebnisse untersucht und die Mechanismen bestimmt, die für den bifunktionellen Einfluss der HL auf die Funktion der Sauerstoffelektrode verantwortlich sind.