NMR-Untersuchungen der Verteilungen von Aktivierungsenergien in ionenleitenden Festkörpern

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Vogel
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428906592

Ionentransport in Festkörpern ist von sehr großer Bedeutung als Grundlage und zur Optimierung vieler moderner Anwendungen. Beispielsweise ist er ein entscheidender Faktor zur Verbesserung heutiger Batterietechnologien und somit zur Überwindung der derzeitigen Beschränkungen bezüglich der Speicherung und Wandlung von Energie. Ein grundlegendes Verständnis der Struktur-Dynamik-Beziehungen in Festkörperelektrolyten bildet eine wichtige Voraussetzung, den Ionentransport in Hinblick auf die Erfordernisse bei bestimmten Funktionen maßschneidern zu können. In diesem Kontext stellen Energielandschaften ein sehr erfolgreiches Konzept dar. Dieses Projekt nutzt die Möglichkeiten der kernmagnetischen Resonanz, um für Festkörperelektrolyte die Zusammenhänge zwischen der Ionendynamik und der Energielandschaft zu ermitteln. Insbesondere kommt eine Reihe experimenteller Techniken, einschließlich Field-Cycling-Relaxometrie, Stimulierte-Echo-Experimente und Feld-Gradienten-Diffusometrie, kombiniert zum Einsatz, um die Dynamik und Energetik von Lithiumionen auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen zu erforschen. Diese Analyse erfolgt sowohl für amorphe als auch für kristalline Ionenleiter und somit für Materialien mit unterschiedlichem Grad an Ordnung. Die Resultate, z. B. Verteilungen von Korrelationszeiten und Aktivierungsenergien, werden verglichen mit den Ergebnissen von verschiedenartigen experimentellen und theoretischen Untersuchungen der Dynamik und Struktur dieser Materialien, die in anderen Projekten des Forschungsverbunds gewonnen werden, insbesondere mit Verteilungen von Diffusionskoeffizienten aus P1, Daten der Atomsondentomographie aus P3 und theoretischen Modellen aus P5. Auf diese Weise lässt sich feststellen, wie für verschiedene Arten von Energielandschaften der makroskopische Ionentransport aus elementaren Ionensprüngen hervorgeht. Diese Erkenntnis ebnet den Weg für eine wissensbasierte Manipulation von anwendungsrelevanten Materialeigenschaften.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5065: Energielandschaften und Struktur in ionenleitenden Feststoffen (ELSICS)