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30. Juni 2015 : Organische Batterien: Redox-aktive Polymere auf Kohlenstoff Nanoröhren und auf Graphen

Bachelor / Masterarbeit Themenausgabe: 30.06.2015 Betreuer: Prof. L. Walder

Batterien basierend auf organischen Redox-Polymeren haben wegen des kleinen Atomgewichtes von Kohlenstoff Gewichtsvorteile gegenüber herkömmlichen Batterien und Akkumulatoren. Das äußert sich in einer entsprechend gesteigerter Energiedichte. Organische Redoxsysteme in polymerer Form eignen sich deshalb als elektrochemische Energiespeicher. Die erreichbaren Spannungen pro Zelle können bis ca. 2 V reichen. Typische polymere Redoxsysteme für die Anode (negativer Pol) sind etwa Polyviologene (-0.6 bis -1 V), typische Kathodenmaterialien sind Polyferrocene (+0.3 bis +0.9 V). Das Fein-Tuning des Potentials kann durch entsprechende Substituenten eingestellt werden.
Ein anderes wichtiges Kriterium für eine "gute" Batterie ist ihre Leistungsdichte. Diese ist u.a. durch den maximalen Strom gegeben, bei dem der Lade- und Entladevorgang noch reversibel abläuft.  Die Kombination eines (wenn möglich positiv geladenen) Redoxpolymers und leitfähigen Kohlenstoff Nanoröhren oder Graphen ermöglichen erstaunlich hohe Stromdichten. Dies wird funktionell durch das Netzwerk von "Nano-Stromkollektoren" (leitfähige Kohlenstoff-Nanoröhren, bzw. leitfähiges Graphen) und die Redoxpolymere (Energiespeocher-Funktion), welche in einer selbst-assemblierenden Reaktion auf den Stromkollektoren abgesetzt werden können, erreicht.
Aufgabe ist es
1. neue Redoxpolymere herzustellen,
2. ihre Selbst-Assemblierungseigenschaften auf Nanomaterialien mittels Zeta-Potential-Messungen zu untersuchen,
3. ihre  Reduktionspotentiale und Stromdichten etc. zu vermessen,
4. polymeres Kathoden- und Anodenmaterial zu einer Zelle zu kombinieren.