Nanostrukturierte Materialien für Hochleistungsanwendungen

Die Synthese von kohlenstoffbeschichteten Nanopartikeln, die in eine mikrometergroße Kohlenstoffmatrix eingebettet sind, ist eine effektive Möglichkeit, Materialien zu realisieren, die für Hochleistungsanwendungen geeignet sind. Einerseits verkürzen Nanomaterialien die Diffusionswege für den Einlagerungs- und Extraktionsprozess der Ionen. Andererseits können die Kohlenstoffbeschichtungen dieser Nanopartikel einen Weg für die Elektronen für einzelne Partikel bereitstellen und Oberflächenreaktionen sowie Volumenänderungen bei der Ioneneinlagerung und -extraktion (teilweise) begrenzen. Die Bildung einer Kohlenstoffschicht während des synthetischen Prozesses kann darüber hinaus dazu beitragen das Partikelwachstum während des Syntheseprozesses zu begrenzen, was zur Bildung der gewünschten Nanopartikeln führt.

In unserer Gruppe haben wir eine einfache, neuartige, von ionischen Flüssigkeiten unterstützte Sol-Gel-Synthese für Lithium-Vanadium-Phosphat (LVP) vorgeschlagen. In dieser Synthese werden die ionischen Flüssigkeiten als soft template und Kohlenstoffquelle für die Synthese von LVP-Nanokristallen verwendet, die in eine mikrometergroße Kohlenstoffmatrix eingebettet sind. Wir zeigten, dass die Auswahl der ILs einen starken Einfluss auf die Morphologie, Größe und elektrochemische Leistung des synthetisierten Materials hat. So werden beispielsweise mit protischen ionischen Flüssigkeiten Nanomaterialien mit unterschiedlichen Morphologien im Vergleich zu den "klassischen" aprotischen ionischen Flüssigkeiten erhalten.

  1. X. Zhang, N. Böckenfeld, F. Berkemeier, A. Balducci, Ionic-liquid assisted synthesis of nanostructured and carbon-coated Li3V2(PO4)3 for high power electrochemical storage devices, ChemSusChem, 7 (6), 1710-1718 (2014)
  2. X. Zhang, R.-S Kühnel, M. Schroeder, A. Balducci, Revisiting Li3V2(PO4)3 as Anode – An Outstanding Negative Electrode for High Power Energy Storage Devices, J. Mat. Chem. A, 2, (42), 17906 – 17913 (2014)
  3. X. Zhang, R.-S Kühnel, H. Hu, D. Eder, A. Balducci, Going nano with protic ionic liquids – the synthesis of carbon coated Li3V2(PO4)3 nanoparticles encapsulated in a carbon matrix for high power lithium-ion batteries, Nano Energy, 12, 207-214 (2015).