Angewandte Elektrochemie Prof. Dr. Andrea Balducci Forschungsschwerpunkte • Neue Elektrolytsysteme für Superkondensatoren, Metall-Ionen-Batterien und Hybridsysteme (Metall-Ionen-Kondensatoren). • Synthese und Charakterisierung von ionischen Flüssigkeiten als Elektrolyte in Hochleistungsspeichersystemen. • Elektrochemische, chemisch-physikalische und thermische Analytik von Elektrolytsystemen. 122 — FORSCHUNG Die Entwicklung innovativer Elektrolyte ist ein Schlüsselaspekt für die Verwirklichung sicherer, leistungsfähiger und nachhaltiger Energiespeicher. In diesem Zusammenhang schlug unsere Gruppe die Verwendung von 1,1,2,2,2-Tetraethoxyglyoxal (TEG) und γ-Valerolacton (GVL) als Elektrolytlösungsmittel vor. TEG besitzt im Vergleich zu herkömmlichen Elektrolytlösungsmitteln einen höheren Flammpunkt, eine geringe Toxizität und einen ähnlichen Preis. Studien haben gezeigt, dass dieses neuartige Lösungsmittel physikalisch-chemische und elektrochemische Parameter erreicht, die mit denen kommerzieller Systeme vergleichbar sind, und eine stabile Solid Electrolyte Interface (SEI) auf der negativen Elektrode ausbildet. Dank dieser Eigenschaft konnten TEG basierte Elektrolyte erfolgreich in Lithium-, Natrium- und Kalium-Ionen-Akkumulatoren eingesetzt werden [1]. GVL kann in großem Stil aus Nachhaltige Elektrolyte für Hochleistungs-Energiespeichersysteme nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden und ist biologisch abbaubar. Wie durch die Gruppe gezeigt wurde, eignet sich dieses Lösungsmittel für die Herstellung von Elektrolyten mit reduziertem Fluorgehalt, welche Superkondensatoren, Metall-Ionen-Batterien und Metall-Ionen-Kondensatoren zum Einsatz kommen können. Zudem wurde ein wasserbasiertes Recyclingverfahren für diese Elektrolyte entwickelt [2]. Mit der Identifizierung von N,N-Dimethylpyrrolidiniumtetrafluoroborat (Pyr11BF4) als neuartiges Leitsalz konnten wir eine mögliche Alternative für moderne, in der industriellen Produktion eingesetzte Elektrolytsalze aufzeigen. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass Pyr11BF4 in Kombination mit dem konventionellen Lösungsmittel Acetonitril oder dem innovativen Ethyl-isopropylsulfon (EiPS) die Realisierung von Superkondensatoren mit höherer Betriebsspannung und höherer Energiedichte ermöglicht, als dies mit herkömmlichen Salzen möglich ist. Darüber hinaus erhöht die Verwendung dieses Salzes auch die Temperaturstabilität dieser Hochspannungsgeräte und erweitert so ihre möglichen Anwendungsbereiche [3]. [1] Leibing C., Leistenschneider D., Neumann C., Oschatz M., Turchanin A., Balducci A. (2023): Glyoxylic-Acetal-Based Electrolytes for SodiumIon Batteries and Sodium-Ion Capacitors. ChemSusChem, doi: 10.1002/cssc.202300161 . [2] Shin-Teoh K., Melchiorre M., Darlami-Magar S., Leibing C., Ruffo F. Gómez-Urbano J. L., Balducci A. (2024): Formulation and Recycling of a Novel Electrolyte Based on Bio-Derived γ-Valerolactone and Lithium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide for Lithium-Ion Batteries. Small, doi: 10.1002/smll.202407850. [3] Köps L., Kreth F. A., Klein M., Balducci A. (2023): An in-depth investigation into the influence of temperature on the electrochemical behavior of electric double-layer capacitors containing ethyl isopropyl sulfonebased electrolytes. Journal of Power Sources, doi: 10.1016/ j.jpowsour.2023.233480 Abb. 1. Schema zum Recycling von GVL– basierten Elektrolyten [2].
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