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Three-dimensional Nanostructures, Pseudocapacitive Materials and Asymmetric Device Configuration – Realizing High Performance Supercapacitors

Fabian Grote

出版	Universitätsbibliothek Ilmenau, 2015
URL	http://books.google.com.hk/books?id=S73kvQEACAAJ&hl=&source=gbs_api

註釋

Superkondensatoren sind vielversprechende elektrochemische Energiespeicher, die sich insbesondere durch hohe spezifische Leistung und exzellente Zyklenstabilität auszeichnen. Allerdings muss die spezifische Energie von Superkondensatoren deutlich erhöht werden, damit die Anforderungen moderner Technologien erfüllt werden. Um diese Herausforderung gezielt anzugehen werden im Rahmen dieser Arbeit neue Ansätze entwickelt und in ein vollständiges Bauelement implementiert. Hierzu werden pseudokapazitive Materialien mit hoher spezifischer Kapazität verwendet, die Elektrodenkinetik und Materialausnutzung mit Hilfe von dreidimensionalen Nanostrukturen optimiert und eine neuartige asymmetrische Elektrodenkonfiguration realisiert. Ein innovativer und vielseitiger Herstellungsprozess, welcher die Synthese von dicht angeordneten dreidimensionalen Nanoröhren-Arrays mit Strukturkontrolle im Nanometerbereich (z.B.Länge, Abstand, Durchmesser, Wandstärke, Beschichtung und die Auswahl von offenen und geschlossenen Nanoröhren) erlaubt, wird vorgestellt und dreidimensionale Nanoröhren-Arrays aus unterschiedlichen pseudokapazitiven Materialien werden hergestellt (SnO2/MnO2, SnO2/PPy und C-TiN Kern / Mantel Nanoröhren-Arrays). Nanoporöses anodisches Aluminiumoxid dient als Templat während des Herstellungsprozesses. Die aktiven Elektrodenmaterialien werden mittels Atomlagenabscheidung und elektrochemischer Abscheidung prozessiert. Es wird gezeigt, dass die Realisierung eines dreidimensionalen nanoskaligen Elektrodendesigns in Kombination mit pseudokapazitiven Materialien und einer asymmetrischen Elektrodenkonfiguration (PPy//MnO2) zu einem Superkondensator mit hoher spezifischer Energie führt. Es hat sich herausgestellt, dass die Optimierung der Ausnutzung des aktiven Elektrodenmaterials ein wesentlicher Parameter ist um Hochleistungselektroden für Superkondensatoren zu entwerfen. Dabei ist insbesondere die Herstellung von dünnen aktiven Schichten auf einer dreidimensionalen nanostrukturierten und elektrisch leitfähigen Matrix vorteilhaft. Darüber hinaus wird eine innovative Kohlenstoffbeschichtungstechnik entwickelt, die es erlaubt, dünne funktionale Kohlenstoffschichten auf dreidimensionalen Nanoröhren-Arrays abzuscheiden. Die im Rahmen dieser Arbeit erzielten Ergebnisse, in Bezug auf dreidimensionale Nanostrukturierung und die Integration in Superkondensatoren, sollten eine starke Basis darstellen um das Design und den Aufbau der nächsten Generation von elektrochemischen Energiespeichern zu optimieren.