Neue In-Situ-Elektrolyte für elektrochemische Kondensatoren

• Antragsteller: Professor Dr. Andrea Balducci; Professor Dr. Lars Borchardt, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 463487968

Elektrische Doppelschichtkondensatoren (eng. Electric Double-Layer Capacitors, EDLCs) zählen heute zu den wichtigsten Energiespeichern. In diesen Bauelementen wird die Energie durch die Bildung einer elektrischen Doppelschicht an der Grenzfläche zwischen (polarisierten) Elektroden und Ionen des Elektrolyten gespeichert. Stand der Technik ist die Nutzung von Materialien auf Kohlenstoffbasis für die Herstellung der Elektroden in EDLCs. Diese Kohlenstoffe werden jedoch durch mehrstufige Synthesen hergestellt, die mit einem hohen Energiebedarf und einer übermäßigen Anhäufung von Abfällen und Nebenprodukten verbunden sind. Dies steht in scharfem Kontrast zum Kerngedanken der nachhaltigen Energieerzeugung und -speicherung. In diesem Projekt wollen wir die Kohlenstoffsynthesen so gestalten, dass die entstehenden Nebenprodukte nicht als Abfallprodukte behandelt werden, sondern ein für die Realisierung von EDLCs geeignetes Salz erzeugen. Bei diesem Vorgehen tragen die Nebenprodukte zur Funktionalität des gewünschten Endproduktes bei und die anfallenden Reinigungsschritte werden vollständig umgangen. Aus jenem Grund nennen wir diesen Ansatz das "in situ-Elektrolyt"-Konzept. Durch die Kombination der Fachkenntnisse über die Entwicklung von porösem Kohlenstoff der Borchardt Gruppe mit den Fachkenntnissen über das Elektrolytdesign der Balducci Gruppe zielen wir auf die folgenden Aspekte ab: Erstens das Verständnis der zugrunde liegenden Prinzipien des In-situ-Elektrolytkonzepts durch die Untersuchung verschiedener Aktivierungsmittel, Supersäuren und Vorläufermaterialien, zweitens die Nutzung dieser Strategie für die Realisierung von Elektrolyten auf Lithium- und Natriumbasis, drittens die Weiterentwicklung des Konzepts zu Metall-Ionen-Kondensatoren dritten Generation, bei dem sogar das Elektrolytlösungsmittel aus den Abfallprodukten der Kohlenstoffsynthese erzeugt werden kann und viertens die Entwicklung eines In-situ-Elektrolytkonzepts der dritten Generation, bei dem sogar das Elektrolytlösungsmittel aus den Abfallprodukten der Kohlenstoffsynthese erzeugt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen