Redox Flow Batterien sind vielversprechende Vertreter, wenn es um die flexible und zuverlässige Zwischenspeicherung von erneuerbaren Energien in einem großtechnischen Maßstab geht. Sie bieten viele Vorteile gegenüber anderen Batteriesystemen. Aufgrund der langen Lebensdauer des Systems sowie der unabhängigen Skalierung von Leistung und Kapazität, sind sie im Bereich der Energiespeicher nicht mehr wegzudenken. Andererseits gibt es hinsichtlich der Elektrodenentwicklung Verbesserungspotential, wodurch ihre breite Anwendung in der Industrie bisher ausgebremst wurde. In dieser Arbeit stand deshalb die Entwicklung neuer, poröser Elektroden mit gesteigerter spezifischer Oberfläche im Fokus. Dabei wurde ein breites Spektrum an verschiedenen Syntheserouten eingesetzt. Unter anderem wurde der Einfluss der aktiven Oberfläche auf die elektrokatalytische Aktivität der Elektroden untersucht, aber auch eine Dotierung mit Heteroatomen wie Stickstoff war von Interesse. Die Co Dotierung mit zwei verschiedenen Heteroatomen – in diesem Fall eine Kombination aus Stickstoff und Schwefel – und ihre Wirkung auf die Aktivität fand ebenfalls Anwendung. Es wurden verschiedene Synthesemethoden entwickelt und ihre jeweiligen Vor und Nachteile erforscht. Die Methode der Salztemplatierung erlaubte die Stickstoffdotierung in Kombination mit einer signifikanten Erhöhung der spezifischen Oberfläche der Elektrode. Außerdem konnte eine umweltfreundliche Syntheseroute entwickelt werden, die sich das Verfahren des weichen Templatierens zu Nutze macht, und die Co Dotierung ermöglichte. Abschließend gelang die erstmalige Anwendung der Zwillingspolymerisation zur Herstellung einer porösen Vlieselektrode mit bimodaler Porengrößenverteilung und genau definierter Porosität. Von besonderer Wichtigkeit für zukünftige Untersuchungen war die Feststellung der nicht eindeutigen Zuordnung katalytischer Effekte. Es konnte keine direkte Korrelation zwischen der spezifischen Oberfläche, der Heteroatomdotierung und der katalytischen Performance nachgewiesen werden. Dies verdeutlicht einen Bedarf an neuen, genaueren Analysemethoden, um ein besseres Verständnis bezüglich der elektrokatalytischen Zentren zu erlangen. Die erhaltenen Kohlenstoff Kohlenstoff Komposite wurden nicht nur bezüglich ihrer elektrokatalytischen Aktivität überprüft, sondern sie wurden auch hinsichtlich ihrer strukturellen Eigenschaften im Detail untersucht. Neben der elektromikroskopischen Darstellung der Makrostruktur, erfolgte auch die Ermittlung der spezifischen Oberfläche mit Hilfe der Stickstoffsorption. Im Falle der heteroatomdotierten Elektrodenmaterialien wurde die Umgebung des Kohlenstoffs mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie analysiert, sowie die Elementzusammensetzung der Oberfläche ermittelt. Außerdem wurden kommerziell erhältliche Vliese der Firma SGL Carbon SE mittels bildgebender Verfahren wie der Radiografie und Computertomografie studiert. Dies ermöglichte nicht nur genaue Einblicke in die Transportwege des Elektrolyten, sondern auch dessen Verteilung innerhalb des Vlieses zu erhalten. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Unterschiede zwischen unbehandelten und wärmebehandelten Vliesen gelegt. Ein abschließendes Mini Review, das die aktuellen Entwicklungen von Elektroden-materialien hinsichtlich neuer Synthesemethoden zusammenfasst und diskutiert, komplettiert diese Arbeit. Hierbei lag der Fokus auf der detaillierten Betrachtung drei vielversprechender Synthesemethoden. Durch kritische Betrachtung der Vor und Nachteile der verschiedenen Ansätze, wurden die noch verbleibenden zukünftigen Heraus-forderungen aufgezählt.
Redox Flow Batteries are promising candidates, when it comes to the flexibel and reliable storage of renewable energies on a large technical scale. Compared to other battery systems, they offer many advantages. They have become indispensable in the field of energy storage, due to their long cycle life. Redox Flow Batteries also benefit from the fact, that their capacity and their power can be adjusted independently. On the other hand, there is still a great need of improvement concerning the development of the electrodes. Up to now this circumstance has hindered the widespread usage in the industry. Therefore, this work focused on the development of new, porous electrodes having an increased specific surface area. A wide range of different synthesis routes were used. During this work, the following topics were of particular interest: the influence of the active area, the effect of doping with heteroatoms and the co doping of surface with nitrogen and sulfur. Various synthesis routes were examined regarding their advantages and disadvantages. With the help of the salt templating approach nitrogen doping in combination with a significant increase in the specific surface area of the electrode was possible. In addition, an environmentally friendly synthesis route could be developed, which allowed the co doping utilizing the soft templating method. Finally the twin polymerization was used for the first time, to produce a porous carbon felt electrode with a bimodal pore size distribution and a defined porosity. Figuring out, that the clear assignment of catalytic centers is not possible, is of particular importance for future investigations. No direct correlation could be demonstrated between the specific surface area, the doping of heteroatoms and the catalytic performance. This insight highlights the need for new and precise analytical methods in order to gain a better understanding of the electrocatalytic centers. Besides the detailed electrochemical characterization, the obtained carbon carbon composites were investigated by means of different structural analyses. Scanning electron microscopy was used for a more detailed insight into the morphology of the electrode, while nitrogen sorption measurements were applied to analyze its porosity. Additional x ray photoelectron spectroscopy measurements were utilized, with respect to the co doped electrode materials, to determine the elemental composition of the respective surfaces as well as the chemical state of the elements. Furthermore commercially available carbon felts from SGL Carbon SE were evaluated using imaging methods like radiography and computed tomography. This enabled precise insights into the invasion and the distribution of the electrolyte inside the felts. Within the analysis, particular attention was paid to the difference between the untreated and the heat treated felts. Finally a mini review was published, which summarizes the current developments of electrode materials in terms of new synthesis techniques. Here, the emphasis was laid on the detailed analysis of the three most promising synthesis routes. By considering the advantages and disadvantages of the different approaches in a critical way, the remaining challenges for future research were enumerated.
