Page 21 - ITM Jahresbericht 2020

Aktuelle Forschung – Professur für Textiltechnik

Abb. 2: REM-Aufnahme eines porösen PAN-Filaments (links, Mitte) und Abbildung einer porösen 3D-Filamentober-
fläche mittels AFM (rechts) / SEM image of a porous PAN filament (left, center) and image of a porous 3D filament surface
using AFM (right)

Ein aktueller Forschungsschwerpunkt stellt die
Präkursorfunktionalisierung mittels atomar dün-
ner Nanokohlenstoffe, wie Graphen oder PAK, dar.
Dabei soll ein tiefgreifendes Verständnis der ska-
lenübergreifenden Faserbildungsmechanismen
erzielt werden, um eine Minimierung von Struktur-
fehlern zur deutlichen Erhöhung der mechanischen
sowie der elektrischen Eigenschaften der CF errei-
chen. Das so erzielte Verständnis stellt die Grund-
lage für eine sukzessive Erhöhung von nachwach-
senden und kommerziell verfügbaren Rohstoffen,
wie Lignin und Cellulose, als Präkursoren dar. Ein
weiterer Forschungszweig befasst sich mit der Ent-
wicklung multifunktionaler CF für die Energie- und
Wasserstoffspeicherung sowie als Reaktivmateri-
al. Weiterhin werden Polymerisationsverfahren mit
neuartigen Initiatorsystemen erforscht, die eine öko-
Abb. 3: Poröses CF-Patch für Batteriekathoden / Porous
CF patch for battery cathodes logische Herstellung von PAN-Copolymeren in Was-
ser ermöglichen. Diese Polymere werden durch
Variation ihrer chemischen Zusammensetzung maß-
Die Variation der Porenbildner ermöglichte zusätz- geschneidert, sodass die Prozessfenster der thermi-
lich eine Steuerung der entstehenden Porengrößen. schen Konvertierung zu niedrigeren Temperaturen
Für die Weiterverarbeitung der porösen CF zu Bat- verschoben werden. Resultierend verlaufen die Pro-
teriekathoden wurden umfangreiche Entwicklungs- zesse der CF-Herstellung mit reduzierten Verweilzei-
arbeiten zur Herstellung unidirektionaler CF-Patches ten und Energiekosten sowie unter zusätzlich erhöh-
(siehe Abb. 3) durchgeführt. Durch ein auf CF abge- te Ausbeuten.
stimmtes Batteriezelldesign wurden CF-Batterien mit
konstanten Entladekapazitäten von über 100 Zyklen
mit einer hohen Ladeeffizienz von über 90 % erzielt.

Aktuelle CF-Forschungsaktivitäten

In dem 2016 gegründeten RESEARCH CENTER CAR-
BON FIBERS SAXONY (RCCF) werden unter Koope-
ration des ITM und des ILK der TU Dresden grund-
legende Entwicklungen von hochwertigen CF mit
maßgeschneiderten und neuartigen Eigenschafts-
profilen durchgeführt. Dabei erfolgen die For- Abb. 4: PAN- (links), teilstabilisierte RCCFox- (Mitte) und
schungsarbeiten auf allen Prozessstufen im Pilot- Carbonfaser (rechts) / PAN- (left), partly stabilized RCCFox-
maßstab als 1k Rovings (siehe Abb. 4). (middle) and carbon fiber (right)

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