Verbesserung von Superkondensatorelektroden durch Atomlagenabscheidung von Übergangsmetallnitriden (AxByNz) mittels Single-Source Precursoren.

• Antragsteller: Professor Dr. Sanjay Mathur
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551358134

Übergangsmetallnitride sind in Superkondensatoren unerlässlich aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit, ausgezeichneten elektrochemischen Stabilität und mechanischen Festigkeit. Darüber hinaus machen ihre anpassbare Oberflächenchemie und überragende Korrosionsbeständigkeit sie zu idealen Elektrodenmaterialien für hochenergetische und langlebige Energiespeichergeräte. Daher birgt die Entwicklung von Elektroden auf Basis von Übergangsmetallnitriden durch fortschrittliche Abscheidungstechniken wie die Atomlagenabscheidung (ALD) und die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) großes Potenzial für die Weiterentwicklung der Superkondensatortechnologie. Diese Forschung zielt darauf ab, ternäre AxByNz-Nitride (A und B = Fe, Co, Ni, Mo und W) unter Verwendung fortschrittlicher metallorganischer Vorläufer in ALD- und PECVD-Techniken zur Erzeugung von ein- und zweiphysischen Metallnitridbeschichtungen für Superkondensator (SC)-Anwendungen zu entwickeln. Monometallische und bimetallische Vorläufer, die M-N-Einheiten enthalten, werden unter Berücksichtigung der chemischen Eigenschaften von Metallen (ionischer Radius, Oxidationszahl, Elektronegativität, Koordinationszahl usw.) und Liganden (homoleptisch/heteroleptisch, Größe, Ligandenumgebung usw.) synthetisiert und modifiziert. Die Stabilität, Flüchtigkeit und Reaktivität der Vorläufer werden mittels thermogravimetrischer Studien untersucht, um ihre Eignung für ALD- und PECVD-Techniken zu bewerten. Ausgewählte Vorläufer werden in einem Superzyklus-ALD-Ansatz verwendet, um gezielte AxByNz-Zusammensetzungen abzuscheiden. Bimetallische Nitride werden durch (i) sequentielle Abscheidung zweier einzelner Vorläufer, (ii) Anwendung eines einzigen Moleküls, das zwei verschiedene Metalle enthält, in ALD- und PECVD-Techniken und (iii) Kombination von ALD- und PECVD-Prozessen zur Herstellung von Filmen auf metallischen Substraten erhalten, mit bimorphem Charakter, um eine stark haftende Schnittstelle (ALD) mit hoher Oberfläche (PECVD) zu kombinieren. Die Filmwachstumsstudien konzentrieren sich darauf, den parametrischen Raum zur Überprüfung der Effizienz neuer Vorläufer zu identifizieren und einen hybriden ALD-PECVD-Ansatz für die Elektrodenabscheidung zu entwickeln. Die elektrochemische Leistung der resultierenden Elektroden wird für SC-Anwendungen bewertet. Darüber hinaus werden postmortale Analysen durchgeführt, um die Mikrostruktur und die Wechselwirkung an der Grenzfläche innerhalb der dünnen Schichtstruktur zu optimieren und zu verstehen und deren Auswirkungen auf die elektrochemischen Eigenschaften zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Partnerorganisation: National Research Foundation of Korea, NRF
• Kooperationspartner: Professor Dr. Do-Heyoung Kim