Ionentransport in Preußisch Blau-Kathodenmaterialien für Na-Ionen-Batterien

• Antragstellerin: Dr. Annalena R. Genreith-Schriever
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442516693

Die umfassende Nutzung erneuerbarer Energien bedarf der Entwicklung innovativer Energiespeichersysteme. Die elektrochemische Speicherung in Form von Na-Ionen-Batterien (NIB) bietet eine vielversprechende kostengünstige, umweltfreundliche und sichere Option zur Energiespeicherung für Stromnetze. Eine zentrale Herausforderung von NIB besteht darin, dass der ionische Transport aufgrund des größeren Radius des Na-Ions verglichen mit dem Li-Ion oft langsamer erfolgt, was die Laderaten und Leistungsdichten herabsetzt. Um die Laderaten etablierter Batteriematerialien zu verbessern und neue Materialien mit schnellem Ionentransport zu finden, ist ein umfassendes Verständnis der Prozesse erforderlich, die dem ionischen Transport auf atomarer Ebene zugrunde liegen. Solch ein Verständnis, welches tief in der Kenntnis der Defektchemie der Materialien gründet, fehlt jedoch aktuell für die meisten NIB-Materialien. Informationen zur Defektchemie werden auch das experimentell beobachtete Phänomen erklären, dass die elektrochemische Leistung mehrerer Kathodenmaterialien mit steigendem Wassergehalt sinkt. Im vorgeschlagenen Projekt soll Ionentransport in Preußisch Blau als Modellmaterial für NIB-Kathoden mit offenen Kristallstrukturen untersucht werden. Diese Materialien sind gute Kandidaten für Kathodenmaterialien mit schnellem Ionentransport. Der ionische Transport soll sowohl auf atomarer als auch auf makroskopischer Ebene betrachtet werden. Dazu wird ein effektiver, multidisziplinärer Ansatz verfolgt werden, der computergestützte Verfahren umfasst ebenso wie elektrochemische Untersuchungen und Festkörper-Kernresonanz(NMR)-spektroskopische Studien. Es wird der Migrationsmechanismus der eingebauten Na-Ionen analysiert werden und der Einfluss von Wasser auf den Na-Ionen-Transport aufgeklärt werden. Dies wird dazu beitragen, den ionischen Transport in Preußisch Blau-Materialien robuster gegen den Einfluss von Wasser zu machen und in Zukunft gezielt nach neuen Kathodenmaterialien mit schnellem Ionentransport zu suchen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeberin: Professorin Dr. Clare P. Grey