FOR 1277:  Mobilität von Lithiumionen in Festkörpern (molife)

• Fachliche Zuordnung: Chemie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 119336273

Die präzise Untersuchung der elementaren Diffusionsprozesse von Ionen in Festkörpern ist im Falle von Lithium-Ionenleitern sowohl für die physikalisch-chemische Grundlagenforschung als auch für die anwendungsorientierte Materialforschung aktuell von weltweit enormer Bedeutung. Die Forschergruppe widmet sich dem Grundlagenstudium atomarer dynamischer und kinetischer Prozesse in lithiumhaltigen Festkörpern, d.h. Modellsubstanzen mit zum Teil anwendungsorientiertem Charakter.
Die Forschergruppe umfasst sieben Projekte mit unterschiedlichen, aber komplementären Schwerpunkten, die von Dimensionalitäts- und Isotopeneffekten bei der Li-Diffusion über den Einfluss von struktureller Unordnung und Nanostrukturierung bis hin zur Untersuchung extrem langsamer Ionenbewegungen reichen. Dazu wird ein in dieser Kombination einzigartiges und besonders umfangreiches Methodenspektrum eingesetzt, welches z.B. Massentracerverfahren, die Impedanz- und Leitfähigkeitsspektroskopie, zahlreiche Kernresonanz(NMR)-Methoden sowie die Neutronenreflektrometrie umfasst.
Durch den Einsatz der zueinander komplementären mikro- und makroskopischen Messtechniken werden atomare Bewegungsprozesse auf einer sehr großen Zeit- und Längenskala untersucht, sodass Li-Sprungraten mit Werten vom sub-Hz- bis in den GHz-Bereich erfasst werden können. Theoretische Studien, die insbesondere Monte-Carlo-Simulationen beinhalten, begleiten die experimentell ausgerichteten Projekte. Modellsubstanzen und Materialien umfassen 1D- und 2D-Ionenleiter, nanostrukturierte Materialien (Nanoröhren und -drähte), Gläser, stark fehlgeordnete Oxide etc. Leitmotive der Forschergruppe sind: (1) Welchen Diffusionspfaden folgen die elementaren Li+-Sprünge in Festkörpern? (2) Wie werden die Diffusionsparameter beeinflusst, wenn die Dimensionalität der Wirtsmatrix geändert wird? (3) Welchen Einfluss hat strukturelle Unordnung eines Festkörpers auf den Li+-Transportprozess? (4) Lassen sich nicht klassische Isotopeneffekte, wie im Falle von H+, quantitativ nachweisen? (5) Wie lässt sich die Kinetik der Insertion von Lithium in das Wirtsmaterial detailliert erfassen?

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Österreich

Projekte

• Diffusionspfade und Aktivierungsenergien in kristallinen Lithiumionenleitern (Antragsteller Bredow, Thomas ;  Lerch, Martin )
• Einfluss des Druckes auf die Transporteigenschaften von pulverförmigen Li-Ionenleitern (Antragsteller Behrens, Harald ;  Lerch, Martin )
• Isotopeneffekte, Sprungkorrelationen und Diffusionspfade in Li-haltigen Oxidgläsern (Antragstellerin Welsch, Anna-Maria )
• Kinetik der Li-Interkalation und De-Interkalation in Tantalchalkogenid-Einkristallen (Antragsteller Behrens, Harald ;  Binnewies, Michael ;  Horn, Ingo ;  Schmidt, Harald )
• Koordination der Forschungsgruppe 1277 (Antragsteller Heitjans, Paul )
• Li-Diffusion in oxidischen Nanoröhren und geordneten nano- bzw. meso-strukturierten Schichtmaterialien (LIDINAM) (Antragsteller Hanzu, Ilie ;  Wark, Michael ;  Wilkening, Martin )
• Niederdimensionale Lithium-Ionenleiter (Antragsteller Heitjans, Paul ;  Lerch, Martin ;  Wilkening, Martin )
• Ultralangsamer Li-Transport auf der Nanometerskala (Antragsteller Heitjans, Paul ;  Schmidt, Harald )

• Sprecher: Professor Dr. Paul Heitjans