Ionische Flüssigkeiten

Die Synthese, sowie die physikalisch-chemische und elektrochemische Charakterisierung ionischer Flüssigkeiten ist ein wichtiges Forschungsfeld der Arbeitsgruppe. Dabei stehen verschiedene Arten von Energiespeichern als Anwendungsgebiete im Fokus.

Ionische Flüssigkeiten (ILs von engl.: Ionic Liquids) sind Salze, deren Schmelzpunkt (meist deutlich) unterhalb von 100 °C liegt und die somit im jeweiligen Anwendungsbereich in flüssiger Form vorliegen. In der Regel bestehen ILs aus aus sperrigen, asymmetrischen organischen Kationen in Kombination mit schwach koordinierenden anorganischen oder organischen Anionen. Sie weisen eine einzigartige Kombination physikalisch-chemischer Eigenschaften auf, darunter ein vernachlässigbarer Dampfdruck, eine hohe thermische und elektrochemische Stabilität, Nichtentflammbarkeit und ein breites elektrochemisches Fenster (oft bis zu 5–6 V). ILs haben als Elektrolyte für Energiespeichergeräte große Aufmerksamkeit erregt. Das Interesse daran rührt von der Möglichkeit her, ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften durch gezielte Auswahl und molekulares Design sowohl der Kationen als auch der Anionen fein abzustimmen.

Derzeit widmet sich unsere Gruppe der Entwicklung neuartiger ionischer Flüssigkeiten mit maßgeschneiderten strukturellen und funktionellen Eigenschaften für fortschrittliche Energiespeicheranwendungen. Dazu synthetisieren wir ILs und führen eine detaillierte physikalisch-chemische Charakterisierung durch, bei der wir Viskosität, Dichte, Ionenleitfähigkeit, thermische Stabilität und elektrochemische Stabilitätsfenster bewerten, um ihre Eignung als Elektrolyte zu bestimmen. Ihre Leistung wird in elektrischen Doppelschichtkondensatoren (EDLC) und Hybrid-Superkondensatoren bewertet. Dort ermöglichen sie Kosteneffizienz, Hochspannungsbetrieb, verbesserte Sicherheit und langfristige Kapazitätsstabilität. Durch die Integration von Synthese, Charakterisierung und Gerätetests wollen wir klare Struktur-Eigenschafts-Leistungs-Beziehungen etablieren, um IL-basierte Elektrolyte für sicherere, effizientere und langlebigere elektrochemische Kondensatoren weiterzuentwickeln.

Zheng, Z., Liu, S., & Balducci, A. (2025). Protic and Aprotic Acetate‐Based Ionic Liquids as Electrolytes for Electrical Double Layer Capacitors. ChemElectroChem, 12(7), e202400591.

Stettner, T, Balducci, A. (2021). "Protic ionic liquids in energy storage devices: Past, present and future perspective." Energy Storage Materials 40, 402-414.

Béguin, F., Presser, V., Balducci, A., & Frackowiak, E. (2014). Carbons and electrolytes for advanced supercapacitors. Advanced materials, 26(14), 2219-2251.