Dynamik kleiner Ionen in kondensierten Systemen mittels gekoppelter Molekulardynamik- und Monte-Carlo-Simulationen

• Antragsteller: Professor Dr. Daniel Sebastiani
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 435886714

Ziel des Projektes ist die Simulation von Ionendynamik in kondensierten Phasen, speziell von Systemen die im Bereich der chemischen Energiekonversion und Energiespeicherung relevant sind. Diese Ionendynamik beruht zunächst auf sehr schnellen und sehr lokalisierten Prozessen, nämlich der Bewegung von atomaren und molekularen Ionen von über Distanzen von wenigen Angstrom; experimentell interessant sind aber vor allem Prozesse auf viel größeren Längen- und Zeitskalen (Mikrometer und Millisekunden). Die Idee des Projektes ist, die lokalen schnellen Elementarprozesse quantenchemisch zu modellieren, um damit ein stochastisches Dynamik-Modell zu entwickeln, welches problemlos mit den entsprechend großen Längen- und Zeitskalen umgehen kann. Dies ist in der ersten Förderperiode für die Dynamik von Protonen sehr erfolgreich gewesen. In der zweiten Förderperiode soll die Idee nun auf zwei weitere Systemklassen übertragen werden, nämlich die Dynamik von Hydroxid-Ionen (OH-) in wässrigen Umgebungen mit Blick auf alkalische Elektrolyse, sowie die Dynamik von Lithium-Ionen (Li+) in Lithium-Siliciden (Li-Si-Verbindungen variabler Stöchiometrie). In beiden Fällen sind zunächst die grundlegenden Elementarprozesse zu simulieren, und anschließend für das stochastische Dynamik-Simulationsmodell aufzubereiten. Anwendungsziel der Hydroxid-Simulationen ist die Modellierung der OH- Dynamik in realistischen Systemen mit gross-skaligen Störungen (wie z.B. nanoskopische Gasblasen in der Lösung); Anwendungsziel der Lithium-Simulationen ist die Modellierung der strukturellen Entwicklung der nanoskaligen Lithium-Silicide während der Lade-/Entladevorgänge, die von starken Volumenänderungen begleitet sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen