Herstellung der Carbon Spheres und Bau der Swagelokzelle

Auswertung

1* Synthesedurchlauf 2* Synthesedurchlauf

Stabiles Zyklisierverhalten über die ersten 50 Zyklen bei

Entladekapazitäten > 215 mAhg-1 und Effizienzen >99,6%

Zyklisierung

Cyklovoltametrie

REM-Aufnahmen

Vergleichstabelle

Insgesamt haben wir bei unseren Forschungen zahlreiche interessante

und vor allem sehr positive Ergebnisse gewinnen können. Auch wenn

wir es noch nicht ganz geschafft haben, ein Anodenmaterial aus

Zuckerrübensirup herzustellen, das für die Industrie attraktiv wäre,

konnten wir jedoch nachweisen, dass es möglich ist einen

Akkumulator herzustellen, der aus einem nachwachsenden Rohstoff

besteht und sowohl nachhaltiger als auch umweltfreundlicher ist.

Besonders aufgrund der momentan noch herrschenden Ungewissheit,

ist auf diesem Themengebiet noch ein sehr starker Forschungsbedarf

vorhanden. Wird dieser Bereich also weiterhin berücksichtig und

werden auch durch die Politik an den richtigen Stellen Anreize

geschaffen, könnte sich daraus ein vielversprechender Zukunftsmarkt

entwickeln.

Fazit

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

Scanrate: 0.1 mV s-1

WE: Carbon Spheres/ Super C65/ CMC (90/5/5), Cu-FolieCE: LiElectrolyte: EC/DEC 3:7, 3% VC, 1M LiPF6

Aktivmaterial: 2.61 mg

i / m

A m

g-1

Potential vs. Li/Li+ / V

1. Zyklus 2. Zyklus 3. Zyklus 4. Zyklus 5. Zyklus

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

-0.15

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

Scanrate: 0.1 mV s-1

WE: Carbon Spheres/ Super C65/ CMC (90/5/5), Cu-FolieCE: LiElectrolyte: EC/DEC 3:7, 3% VC, 1M LiPF6

Aktivmaterial: 1.94 mg

i / m

A m

g-1

Potential vs. Li/Li+ / V

1. Zyklus 2. Zyklus 3. Zyklus 4. Zyklus 5. Zyklus

0 10 20 30 40 500

255075

100125150175200225250275300

charge capacity discharge capacity efficiency

Spez

ifisc

he K

apaz

ität /

mAh

*g-1

Zyklenzahl

Electrode: Carbon Spheres vs. Li Electrolyte: EC/DEC 3:7, 3% VC, 1M LiPF6

Voltage range: 1.5 V - 0.01 V, C-Rate= 1 C 0

20

40

60

80

100 E

ffizie

nz /

%

0 10 20 30 40 500

255075

100125150175200225250275300

charge capacity discharge capacity efficiency

Spez

ifisc

he K

apaz

ität /

mAh

*g-1

Zyklenzahl

Electrode: Carbon Spheres vs. Li Electrolyte: EC/DEC 3:7, 3% VC, 1M LiPF6

Voltage range: 1.5 V - 0.01 V, C-Rate= 1 C 0

20

40

60

80

100

Effi

zienz

/ %

Stabiles Zyklisierverhalten über die ersten 50 Zyklen bei

Entladekapazitäten > 100 mAhg-1 und Effizienzen >99,5%

Herkömmlich Zelle mit reinen CS Zelle mit reinen CS und doppeltem

Synthesedurchlauf Theoretische

Kapazität 372 mAhg-1 372 mAhg-1 372 mAhg-1

Spezifische Kapazität

300 mAhg-1 225 mAhg-1 100 mAhg-1

Zyklenstabilität 99,99% 99,6% 99,7%

Material fossil nachwachsend nachwachsend

Was haben Zuckerrüben in E-Autos zu suchen?

BUW I

Lilith Diringer (16) Leonie Vieler (17) Marie Yatou Diop (17)

WWF 2°Campus 2015 In Kooperation mit MEET Münster

Zuckerüben – unser Ausgangsmaterial Zuckerrüben bestehen zum Großteil aus Saccharose: ein Disaccharid aus den Teilzuckern

Glukose und Fruktose, die wiederum aus Kohlenstoffatomen aufgebaut sind.

.

Grundwissen: Aufbau eines Lithium-Ionen-Akkumulators

Einleitung

Mit den Folgen der Veränderungen, die dies mit sich zieht, müssen auch wir in Deutschland

umgehen, weshalb es umso wichtiger ist, uns bereits jetzt gegensteuernde Maßnahmen zu

überlegen. Dem Mobilitätssektor kommt dabei eine wichtige Rolle zu. Hier sollten bis 2050 83% der

Emissionen eingespart werden [1]. Um dies zu erreichen, ist der flächendeckende Einsatz von E-

Autos eine der gängigsten Ideen. Der Lithium-Ionen-Akkumulator verzeichnet zurzeit den größten

Marktwachstum. Darüber hinaus steckt viel Potenzial in der Weiterentwicklung dieses

Akkumulators, da seine Möglichkeiten noch längst nicht ausgeschöpft sind. Bisher werden aber

umweltschädliche Materialien bei seinem Bau verwendet. [2] Wir haben uns bei unserer Forschung

auf die Anode dieses Akkumulators konzentriert. Statt des momentan verwendeten Graphits haben

wir eine Anode aus Carbon Spheres, gewonnen aus Zuckerrübensirup hergestellt, um unsere Zelle

umweltfreundlicher zu gestalten

Ziel unserer Arbeit Ziel unserer Arbeit ist es zunächst einmal, zu zeigen, dass es möglich ist, einen nachwachsenden

Rohstoff als Anodenmaterial eines Akkumulators zu verwenden und damit ähnlich gute

Ergebnisse zu erzielen, wie bei einem Akkumulator mit einer herkömmlichen Anode. Des Weiteren

haben wir die Carbon Spheres auf unterschiedliche Weise hergestellt, um zu ermitteln welche

Carbon Spheres sich am besten als Anodenmaterial eignen.

Literatur [1] WWF Deutschland, Studie „Modell Deutschland“, Stand: 2009. [2] http://www.umweltbundesamt.de/themen/wirtschaft-konsum/umweltbewusstleben/lithium-batterien-akkus [3] http://carbomer.com/news/wp-content/uploads/2015/01/Glucose-and-Fructose.jpg .

Dier Klimawandel ist momentan in aller Munde.

2015 war das heißeste mit Klimadaten erfasste

Jahr – und das wird vermutlich nicht das

Rekordjahr bleiben.

REM Aufnahme Carbon Spheres

Graphit ist als Anodenmaterial sehr gut

geeignet, da es aus übereinanderliegenden

Graphen-Schichten aufgebaut ist. Es bilden sich

in dieser Struktur einzelnen Graphen-Schichten

mit einem vergleichsweise großem

Zwischenraum von 0,35 nm in den die Lithium-

Ionen gut interkalieren können.

Carbon Spheres als Elektrodenmaterial

Allerdings wird ein Teil des Graphits aus Erdöl hergestellt, das auf der Erde nur begrenzt abbaubar zur

Verfügung steht und dessen Weiterverarbeitung nicht umweltfreundlich ist. Ein alternativer Stoff mit

ähnlichen Eigenschaften sind Carbon Spheres. Diese sind aus kugelförmig zusammengelagerten

Graphen-Strukturen aufgebaut und bilden sehr kleine runde Kohlenstoffpartikel. Sie können

beispielsweise aus Zuckerrüben, einem nachwachsenden Rohstoff, gewonnen werden.

Aufgrund dieser Ähnlichkeit zu Graphit eignen sich Carbon Spheres als Anodenmaterial, da deren

Molekülstrukturen eine Anlagerung der Lithium-Ionen zulassen, sie aber gleichzeitig keine negativen

Auswirkungen auf unser Klima zeigen, da deren momentan unverwendeten Abfälle für unsere

Zwecke recycled werden können.

Zuckerrübenabfälle

momentan unsere Idee

Die Reaktionsgleichungen am Beispiel

des Entladevorgangs

Reaktion an der Anode:

LixCn nC + xLi+ + xe-

Reaktion an der Kathode:

Li1-x Mn2O4 + xLi++ xe- LiMn2O4

Gesamtreaktion:

Li1-x Mn2O4 + LixCn LiMn2O4 + nC

Saccharose

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