Einfluss des Druckes auf die Transporteigenschaften von pulverförmigen Li-Ionenleitern

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Behrens; Professor Dr. Martin Lerch
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 119336273

Ein zentrales Anliegen vom TP besteht darin, neuartige, amorphe Li-haltige Festkörper zu synthetisieren und die Auswirkung der Kompaktierung der Pulver auf die Li-Mobilität zu studieren. Primäres Ziel des Projekts ist es, experimentell den Zusammenhang zwischen den Transporteigenschaften und folgenden Größen zu ermitteln: - der Zusammensetzung und des Strukturtyps - dem Ordnungszustand - dem Ausmaß der Kompaktierung - der lokalen Umgebung der Lithium-Atome In der ersten Projektphase haben wir uns vor allem auf die Synthese und Charakterisierung von amorphen Verbindungen in dem System Li2O-Al2O3-SiO2 und der Bestimmung von deren Ionenleitfähigkeiten und Lithiummobilitäten mittels Impedanz- und NMR-Spektroskopie konzentriert. In einer konsequenten Fortsetzung dieses Ansatzes wollen wir für ausgewählte Systeme den Einfluss von Zusammensetzung, Strukturzustand und Partikelgröße auf den Lithiumtransport während der Druck/Temperatur-Behandlung von amorphen Pulvern studieren. Wir wollen zwei Modellsysteme behandeln, die zum einen mehr ionisch aufgebaute Phasen repräsentieren (z. B. LiTaO3 und LiNbO3) und zum anderen mehr kovalente Verbindungen (z. B. LiFePO4 oder LiMgPO4, letzteres hat den Vorteil, dass Magnesium einen stabilen Redoxzustand hat). Zielsetzung ist es, Einflüsse von Volumen- und Korngrenzendiffusion auf den Li-Transport in pulverförmigen einphasigen Systemen zu separieren und die Veränderungen dieser Transport-Größen während der Kompaktierung zu verfolgen. Hierzu sollen mit der in der ersten Förderperiode neu entwickelten Stempeldruckapparatur die elektrische Leitfähigkeit und die Volumenänderungen bei der Kompaktierung der Pulver in situ als Funktion von Druck und Temperatur gemessen werden. Zum Vergleich sollen auch Kompaktierungsversuche an kristallinen Phasen der Modellsysteme vorgenommen werden. Vor der Kompaktierung können die Pulver bei Versuchstemperatur mit einer Gasatmosphäre konditioniert werden. Wir erwarten, dass insbesondere bei den amorphen Systemen Spuren von H2O einen sehr starken Einfluss auf das Verhalten der Proben haben. Die strukturellen und topologischen Änderungen der Proben werden nach den Experimenten mit spektroskopischen und mikroanalytischen Methoden bestimmt. Änderungen der Lithiummobilität sollen auch durch vergleichende NMR-Spektroskopie an den Ausgangsmaterialien und den kompaktierten Proben studiert werden. Die mechanische Relaxationsspektrometrie an Volumenproben wird ebenfalls Informationen über die Lithiumdynamik innerhalb der Partikel liefern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1277: Mobilität von Lithiumionen in Festkörpern (molife)