Funktionale Schichten aus Kohlenstoffnanoröhrchen und ihre Anwendung in elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren

Abstract

Kohlenstoffnanoröhrchen haben seit ihrer Entdeckung 1991 große Aufmerksamkeit in Indust-rie und Forschung erregt. Im Zuge der Erforschung der Möglichkeiten, welche die Nanotech-nologie und damit auch nanoskalige Partikel und Fasern für die Entwicklung anspruchsvoller Werkstoffe bieten, wurden die Kohlenstoffnanoröhrchen aufgrund ihrer außergewöhnlichen elektrischen, chemischen und mechanischen Belastbarkeit besonders intensiv studiert.<br />Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, wie hocheffiziente Elektroden elektrochemischer Energiespeicher aus diesen Fasern hergestellt werden können. Dazu wird ein Verfahren be-nutzt, welches die Möglichkeit bietet, die Nanoröhrchen hochpräzise abzuscheiden. Diese Layer-by-Layer Technik beruht auf der elektrostatischen Anziehung gegensätzlich geladener Partikel in einer Weise, dass diese schichtweise auf einem Substrat abgeschieden werden kön-nen. Entsprechend werden Kohlenstoffnanoröhrchen chemisch funktionalisiert und mit elekt-rischen Oberflächenladungen versehen.<br />Demonstriert werden die so abgeschiedenen Elektroden am Beispiel von elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren, auch Superkondensatoren genannt. Dazu werden dünne Schich-ten von Kohlenstoffnanoröhrchen beiderseits einer Filtermembran aufgetragen und die Leis-tungsmerkmale solcher Kondensatoren in unterschiedlichen Elektrolyten aufgenommen und verglichen.<br />

Carbon nanotubes highly attracted attention in industry and research facilities since their dis-covery in 1991. In the course of the research focused on the possibilities of nanotechnology as well as nanoscale particles and fibres for the development of ambitious materials, they were intensively studied due to their excellent electrical, chemical and mechanical durability.<br />This work investigates the possibility of making highly efficient electrodes for electrochemi-cal energy storages from carbon nanotubes.<br />An approach is used, which allows a highly con-trolled deposition of the nanotubes. This Layer-by-Layer technique uses the electrostatic at-traction between unlike charged particles to deposit them in single layers on a substrate. Therefore, the carbon nanotubes are chemical functionalized to induce electrical surface charges.<br />The so made electrodes are demonstrated by using them in electrochemical double layer ca-pacitors, so called supercapacitors. Thin films of carbon nanotubes are deposited on both sides of a filtration membrane.<br />The performance of these capacitors are measured in different elec-trolytes and compared to each other.<br />