Chromik, Ralph-Jürgen

Kohlenstoffartige Materialien durch Pyrolyse von Polymeren und ihre Anwendung im elektrochemischen Doppelschichtkondensator

Carbonaceous materials by pyrolysis of polymers and their application in the electrochemical double-layer capacitor

Thesis

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Schlüsselwörter:

Doppelschichtkondensator, Pyrolyse, kohlenstoffartige Materialien, chemische Aktivierung, physikalische Aktivierung, Polyacrylnitril, Phenol/Formaldehyd-Harze, Novolake

Double-layer capacitor, pyrolysis, carbonaceous materials, chemical activation, physical activation, polyacrylonitrile, phenol/formaldehyde-resins, novolacs

Sachgruppe der DNB
30 Chemie

Doctoral Dissertation accepted by: University of Duisburg , Department of Chemistry, 2001-02-01

Abstract

Electrochemical double-layer capacitors have, in comparison to batteries, a relatively high power density. As electrode materials mostly carbonaceous materials are used. The specific surface area of this materials should be as high as possible, because the specific capacitance is proportional to it. In this work the preparation and development of carbonaceous materials by pyrolysis of polymers were examined. As starting materials polyacrylonitrile and phenol/formaldehyd-resins (novolacs) were used. The high surface area were achieved by pyrolysis with co-substances (chemical activation) like alkali- and earth-alkaline carbonates and carbon blacks or by activation with reactive gases (physical activation) like water vapor and carbon dioxide. The electrochemical characterization were conducted in 10 molar sulfuric acid. Specific surface areas of up to 2900 m2/g and specific capacitances for single electrodes of up to 275 F/g could be obtained. A test cell with a specific capacitance of 68 F/g could be cycled over 2000 cycles, without a decrease in the capacitance. The self discharge and the electrochemical activation by shifting of the potential range were examined.

Elektrochemische Doppelschichtkondensatoren besitzen, im Vergleich zu Batterien eine relativ hohe Leistungsdichte. Als Elektrodenmaterialien eignen sich vor allen kohlenstoffartige Materialien. Die spezifische Oberfläche dieser Materialien sollte möglichtst hoch sein, da die spezifische Kapazität proportional zu dieser ist. In dieser Arbeit wurde die Herstellung und Entwicklung von kohlenstoffartigen Materialien durch Pyrolyse von Polymeren untersucht. Als Ausgangsmaterialien wurden Polyacrylnitril und Phenol/Formaldehyd-Harze (Novolake) verwendet. Die hohe Oberfläche wurde durch Pyrolyse mit Co-Substanzen (chemische Aktivierung) wie z.B. Alkali- und Erdalkalicarbonaten und Rußen oder durch Aktivierung mit Reaktivgasen (physikalische Aktivierung), wie z.B. Wasserdampf und Kohlendioxid erzielt. Die elektrochemische Charakterisierung erfolgte in 10 molarer Schwefelsäure Es konnten spez. Oberflächen von bis zu 2900 m2/g und spezifische Kapazitäten für Einzelelektroden von bis zu 275 F/g erhalten werden. Eine Testzelle mit einer spezifischen Kapazität von 68 F/g konnte über 2000 Zyklen zyklisiert werden, ohne einen Abfall der Kapazität. Die Selbstentladung und die elektrochemische Aktivierung durch Verschiebung des Potentialbereichs wurden untersucht.

Betreuer Beck, Fritz; Prof. Dr.
Gutachter Beck, Fritz; Prof. Dr.
Gutachter Veeman, Wiebren S.; Prof. Dr.


Upload: 2001-03-12
URL of Theses: http://duepublico.uni-duisburg-essen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-5044/chromik.pdf

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