Lithium-dotierte Rotatorphasen als ionenleitende Elektrolyte
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Für moderne Batterieelektrolyte werden Materialien benötigt, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit mit einer guten mechanischen Festigkeit vereinen. Mit dem Ziel, diese scheinbar gegensätzlichen Bedingungen möglichst gut zu erfüllen, wurden in diesem Projekt Rotatorphasen, bei denen in einem Kristallgitter befindliche polare Moleküle schnelle Reorientierungsbewegungen ausführen, mit geeigneten Lithium-Salzen in unterschiedlicher Konzentration dotiert. Um zu erforschen, wie die Rotationsbewegungen der Matrixmoleküle an die für Anwendungen wichtigen Translationsbewegungen der Lithium-Ionen koppeln, kamen hauptsächlich die kernmagnetische Protonen-, Deuteronen- und Lithium-Resonanz sowie die dielektrische Spektroskopie und die Rheologie zum Einsatz. Mit dieser Methoden-Kombination, die einen selektiven Zugriff auf die unterschiedlichen Freiheitsgrade in Ionenleitern gestattet, gelang es den sogenannten Schaufelrad-Mechanismus am Beispiel einer mit 5% Lithium-Salz dotierten Succinonitril-Glutaronitril-Mischung eindeutig nachzuweisen. Außerdem konnten wir in den Bereich hoch Lithium-dotierter Nitril-Matrizen vorstoßen und auch dort in einem großen Temperaturfenster eine Kopplung von Ladungstransport und mechanischer Festigkeit belegen. Um einen Vergleich mit dem besonderen dynamischen Verhalten der Nitrile zu ermöglichen, haben wir mit den dotierten Cycloalkoholen eine weitere Klasse plastischer Kristalle im Hinblick auf eine ähnlich interessante Kopplung von molekularen und ionischen Sprungbewegungen erforscht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Deuteron nuclear magnetic resonance and dielectric studies of molecular reorientation and charge transport in succinonitrile-glutaronitrile plastic crystals. Journal of Non-Crystalline Solids: X, 14, 100097.
Lansab, Sofiane; Münzner, Philipp; Zimmermann, Herbert & Böhmer, Roland
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Paddle-wheel mechanism in doped succinonitrile–glutaronitrile plastic electrolyte: a joint magnetic resonance, dielectric, and viscosimetry study of Li ion translational and molecular reorientational dynamics. Physical Chemistry Chemical Physics, 25(13), 9382-9393.
Lansab, S.; Grabe, B. & Böhmer, R.
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Shear rheology senses the electrical room-temperature conductivity optimum in highly Li doped dinitrile electrolytes. The Journal of Chemical Physics, 160(8).
Lansab, Sofiane; Schwan, Tobias; Moch, Kevin & Böhmer, Roland
