Modifizierte Kohlenstoffoberflächen als Elektrokatalysatoren für Lithium-Sauerstoff-Batterien

• Applicant: Dr.-Ing. Frieder Scheiba
• Subject Area: Physical Chemistry of Solids and Surfaces, Material Characterisation
• Term: from 2010 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 188699414

Die Gaselektrode von Lithium-Sauerstoff-Batterien besteht im Wesentlichen aus porösen Kohlenstoffmaterialien. Der Kohlenstoff erfüllt dabei sowohl die Funktion einer porösen Gerüststruktur, in deren Porenräumen sich das während der Sauerstoffreduktion gebildete Lithiumoxid bzw. Lithiumperoxid abscheidet, als auch die eines elektrisch leitenden Trägermaterials für Metalloxid- oder Edelmetallkatalystoren, die der Elektrode zur Reduzierung von Überspannungen und zur Erhöhung des Stoffumsatzes zugefügt werden. Der Kohlenstoff verhält sich dabei aber nicht als inertes Trägermaterial, sondern besitzt abhängig von seiner Oberflächenbeschaffenheit eine zum Teil stark ausgeprägte elektrokatalytische Aktivität für die Sauerstoffreduktion. Welche Oberflächengruppen dabei die Sauerstoffreduktion begünstigen, ist jedoch weitgehend unerforscht.Eine weitere ungelöste Herausforderung stellt die durch die Bildung von Lithiumperoxid hervorgerufene Passivierung der elektrokatalytisch aktiven Zentren auf der Elektrodenoberfläche dar. Ziel dieses Projektes ist es daher, den Einfluss funktioneller Gruppen auf die Sauerstoffreduktion zu untersuchen, um ein besseres Verständnis der Lithiumperoxidbildung an Kohlenstoff basierten Elektroden zu erlangen. Zusätzlich soll die Keimbildung und das Aufwachsen von Lithiumperoxid auf der Elektrodenoberfläche untersucht werden, um gezielt Maßnahmen gegen eine Passivierung der katalytisch aktiven Zentren zu entwickeln. Erst durch diese grundlegenden Arbeiten wird eine Bewertung des Leistungspotenzials von Lithium- Sauerstoff-Batterien ermöglicht und das Anforderungsprofil an dafür optimierte Werkstoffe definiert.

• DFG Programme: Research Grants