Reduzierte Graphenoxide und deren Metalloxid-basierte Nanokomposite zur Anwendung in der Energiespeicherung

Das enorme Potential für zahlreiche zukünftige Anwendungen bildet die Grundlage der unvergleichlichen wissenschaftlichen Aufmerksamkeit, die Graphen bereits kurz nach seiner Entdeckung auf sich gezogen hat. Jedoch liegen Spincomputer und Thermalsicht-Kontaklinsen noch in ferner Zukunft, weshalb Prozesse entwickelt werden müssen um von den bemerkenswerten Graphen-Eigenschaften schon heute profitieren zu können. Lithium-Ionen-Batterien (LIBn) könnten einen potentiellen Nutznießer zeitnaher Graphen-Anwendungen darstellen, da die mechanische Stabilität und elektrische Leitfähigkeit der Kohlenstoffmodifikation helfen könnten, derzeitige Herausforderungen aufgrund der rasanten technologischen Entwicklung zu meistern.

Durch die Untersuchung einfacher und aufskalierbarer Methoden zur Herstellung Graphen- bzw. rGO-basierter Kompositmaterialien für den möglichen Einsatz als Anodenmaterial, soll die vorliegende Arbeit helfen beide Themenschwerpunkte zu vereinen. Hierzu wurde Graphenoxid (GO) dargestellt und im Weiteren mittels Lösungs- sowie Gasphasen-basierter Prozessschritte zu unterschiedlichen Kompositmaterialien aus reduziertem Graphenoxid und Metalloxid-Nanostrukturen umgesetzt. Die Graphenoxid-Reduktion mit verschiedenen M2+-Ionen (M = Sn, Fe, Co) stellte dabei eine Schlüsselrolle der Materialsynthese dar und wurde eingehend mittels Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie untersucht. Auf diese Weise konnten unterschiedliche rGO-MOx-Kompositmaterialien hergestellt und erfolgreich als negative Elektroden in Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden. So konnte der positive Effekt der simultanen Reduktion und Kompositbildung auf die Elektrodeneigenschaften demonstriert werden.

Darüber hinaus wurden formgebende Methoden angewendet, um die Vorzüge einer leitfähigen, flexiblen Kohlenstoff-Komposit-Struktur mit dem Konzept selbsttragender Elektrodenanordungen zu kombinieren. Der Einbau von Stickstoff und die daraus resultierenden Auswirkungen auf die Graphen-Bandstruktur wurden darüber hinaus genutzt, um die elektrochemischen Eigenschaften weiter zu verbessern.