FORSCHUNG — 123 Die AG Balducci befasst sich intensiv mit der Synthese und Charakterisierung neuartiger ionischer Flüssigkeiten, die für die Energiespeicherung geeignet sind. Es wurde eine neue Klasse von Elektrolyten auf der Grundlage von „Wasser-in-protischen ionischen Flüssigkeiten“ vorgeschlagen und untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Elektrolytlösungen Eigenschaften an der Grenze zwischen aprotischen und protischen Elektrolyten aufweisen, die genau eingestellt werden können [4]. In jüngerer Vergangenheit wurden hygroskopische protische ionische Flüssigkeiten (PIL) entwickelt. Es konnte nachgewiesen werden, dass der Einsatz dieser neuartigen PIL in Superkondensatoren die Realisierung von Geräten ermöglicht, die innerhalb des für Hochleistungssysteme relevanten Zeitraums (einige Minuten bis Sekunden) eine höhere Energie und Leistung aufweisen als herkömmliche aprotische ionische Flüssigkeiten, obwohl letztere höhere Betriebsspannungen ermöglichen [5]. Ionische Flüssigkeiten als Elektrolyte für Superkondensatoren [4] Stettner T., Gehrke S., Ray P., Kirchner B., Balducci A. (2019): Water in Protic Ionic Liquids: Properties and Use of a New Class of Electrolytes for Energy‐Storage Devices. ChemSusChem, doi:10.1002/ cssc.201901283. [5] Stettner T., Liu S., Liu Y., Dick L., Kirchner B., Balducci A. (2022): Hygroscopic protic ionic liquids as electrolytes for electric double layer capacitors. Energy Storage Materials, doi: 10.1016/j.ensm.2022.09.025. Abb. 2. „Ragone Diagramm“ zum Vergleich der Energie und Leistung von Superkondensatoren mit den PIL PyrH1BF4, und PyrH4TFSI und der aprotischen ionischen Flüssigkeit Pyr14TFSI [5]. Die Arbeitsgruppe hat eine in situ STA-Messzelle (Simultane Thermische Analyse) entwickelt, mit der sich die Änderung von Wärmestrom, Masse, Zellwiderstand und Kapazität unter anwendungsnahen Bedingungen exakt verfolgen lässt. Die gleichzeitige Messung dieser zusammenhängenden Parameter wurde in der wissenschaftlichen Literatur bisher nicht beschrieben. Die in-situ STA-Messzelle stellt folglich ein leistungsfähiges Instrument zur detaillierten Untersuchung von Superkondensatoren dar [6]. Darüber hinaus wurde ein innovatives Design einer elektrochemischen Drei-ElektrodenZelle für die Operando-Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Analyse entwickelt. Mittels dieser kann der Elektrolyt in Echtzeit beprobt werden, während elektrochemische Messungen durchgeführt werden. Dies ermöglicht einen detaillierten, zeit– und spannungsaufgelösten Einblick in die Entstehung von Zersetzungsprodukten und somit in die Alterungsmechanismen von Energiespeichersystemen [7]. [6] Hess L. H., Bothe A., Balducci A. (2021): Design and Use of a Novel In Situ Simultaneous Thermal Analysis Cell for an Acurate “Real Time” Monitoring of the Heat and Weight Changes Occurring in Electrochemical Capacitors. Energy Technology, doi:10.1002/ente.202100329. [7] Kreth F. A., Heß L. H., Balducci A. (2023): In-operando GC-MS: a new tool for the understanding of degradation processes occurring in electrochemical capacitors. Energy Storage Materials, doi:10.1016/ j.ensm.2023.01.014. Entwicklung von in-situ und in operando Testzellen zur Untersuchung von Grenzflächenprozessen in Energiespeichersystemen Abb. 3. Gesamtionenstromchromatogramme der operando-GC-MS Messungen während Alterungstests der positiven Elektrode eines Superkondensators mit TEABF4 in ACN als Elektrolyt [7].
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