Krebs, S: Elektrochemische Ceroxid-Funktionsschichten

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, CeO2-Schichten durch Sol-Gel-Verfahren herzustellen und das elektrochemische Verhalten dieser Schichten zu charakterisieren. Als elektrochemische Untersuchungsmethoden wurden die Zyklovoltammetrie, galvanostatische Messungen, Potentialsprungmessungen und die Impedanzspektroskopie eingesetzt.
CeO2-Elektroden werden technisch in elektrochromen Anwendungen eingesetzt. Dabei handelt es sich prinzipiell um elektrochemische Zellen mit einer elektrochromen Elektrode (z.B. WO3) und einer Gegenelektrode (z.B. CeO2), in die Li+-Ionen reversibel und ohne Farbänderung interkaliert werden können.
Die zur CeO2-Schichtherstellung verwendeten Glassubstrate wurden zur elektrischen Kontaktierung dieser Schichten mit antimondotiertem SnO2 ("ATO") besputtert. Das für das Dip-Coating verwendete Sol wurde auf der Basis anorganischer Chemikalien präpariert. REM-Untersuchungen und zyklovoltammetrische Messungen deuteten auf eine durch nanometergrosse Partikel dicht gepackten Funktionsschicht hin.
Unterschiedlich präparierte CeO2-Elektroden sowie zum Vergleich eine Platin- und eine ATO-Elektrode sind sowohl unter Verwendung von wässrigen Elektrolyten (0,1M LiOH, KOH, NH3 und LiClO4) als auch des nicht-wässrigen Elektrolyten aus 0,1M LiClO4 in Propylencarbonat ("PC") elektrochemisch untersucht worden. Es konnte gezeigt werden, dass an einer CeO2-Elektrode prinzipiell andere elektrochemische Vorgänge ablaufen als an einer Platin- und an einer ATO-Elektrode, nämlich eine Interkalation bzw. Deinterkalation von Lithiumionen. Bei allen Elektroden entstehen jedoch bei Verwendung des nicht-wässrigen Elektrolyten bei sehr negativen Elektrodenpotentialen Oberflächenbedeckungen durch die Zersetzung des Lösungsmittels Propylencarbonat. Durch galvanostatische Untersuchungen wurde die maximal interkalierbare Ladungsmenge bei einer 50 nm dicken CeO2-Schicht zu 12,5 mC/cm2 bestimmt, was einer Interkalationskonzentration von 1,6 · 1022 Li+-Ionen pro cm3 CeO2