Nachwachsende und leicht herstellbare Materialien rücken immer mehr in den Fokus elektrochemischer Energiespeicherung. Kohlenstoffbasierte Materialien spielen dabei dank ihrer hohen Verfügbarkeit und großer Variabilität der Eigenschaften eine besondere Rolle. Neben polymorphen Modifikationen wie Graphit, Diamant und Fullerenen existiert eine große Vielfalt an Kohlenstoff-Formen wie Whisker, Nanoröhren (ein- oder mehrwandig), Weich- und Hartkohlenstoff.

Für die Anwendung in elektrochemischen Energiespeichersystemen werden hauptsächlich Graphit und Hartkohlenstoff verwendet. In Graphit liegt Kohlenstoff sp²-hybridisiert vor, worauf seine physikalischen Eigenschaften wie elektronische Leitfähigkeit, schichtartige Kristallstruktur und die Fähigkeit, Ionen und neutrale Moleküle zwischen Schichten zu interkalieren, zurückzuführen sind. Die Schichtstruktur bestimmt auch die Morphologie von Partikeln wie Plättchen oder Schuppen. In Hartkohlenstoffen besitzen Kohlenstoffatome gemischte Hybridisierungszustände (sp-, sp²- und sp³). Es gibt keine weiträumige kristallographische Ordnung, stattdessen aber ein komplexes Porensystem. 

Carbon materials for electrochemical energy storage 

Renewable and easy to fabricate materials move progressively into the focus of electrochemical energy storage. Carbon materials play here a special role due to the high abundance and a huge variety of properties. Beside several polymorphic modifications of carbon (graphite, diamond and fullerenes), there is a multitude of different carbon forms such as whiskers, single- and multi-walled nanotubes, soft and hard carbon etc.

For application in electrochemical energy storage systems, mainly graphite and hard carbon are in use. In graphite, carbon atoms are present in sp²-hybridization, which is responsible for the physical properties like high electrical conductivity, layered character of the crystal structure and ability to incorporate ions or neutral molecules between the layers. The layered character of the structure dictates the morphology of the particles like plates and flakes. In hard carbon materials, carbon atoms are in a mixed sp-, sp²- and sp³-hybridized state. The structure exhibits no long-range crystallographic ordering, but highlights a complicated system of pores.

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