Untersuchung zum besseren Verständnis der Aktivierungsvolumina in schnellen Ionenleitern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In der Literatur entsprechen die mikroskopischen Aktivierungsvolumina der Volumenänderung in der atomaren Struktur eines Materials während eines Ionensprungs und können thermodynamisch aus druckabhängigen Leitfähigkeitsmessungen bestimmt werden. In diesem Projekt wurden Na+- und Li+-Leiter untersucht. Obwohl es für Na3PnS4 (Pn = P, Sb) keinen eindeutigen Trend gibt, wurde festgestellt, dass die Aktivierungsvolumina mit zunehmender Br-/S2--Unordnung ansteigen. Aus der Motivation heraus, weiter zu untersuchen, ob das Konzept des Migrationsvolumens (Vm) auf Argyroditen angewendet werden kann, wurde das kristallographische Volumen und das Migrationsvolumen untersucht. Daher wurde in einer Kooperation mit der Gruppe von Prof. Karsten Albe das kristallografische Volumen durch ab-initio-Molekulardynamikberechnungen evaluiert, und es wurde festgestellt, dass das Migrationsvolumen in Li+- Argyroditen zunimmt. Da die strukturellen Veränderungen, die Festelektrolyte unter Druck erfahren, noch nicht experimentell erforscht wurden, wurde untersucht, wie äußerer Druck strukturelle Veränderungen hervorrufen kann. Li6PS5Br wurde zunächst unter Anwendung von uniaxialem und hydrostatischem Druck von 1,5 GPa untersucht. Die in diesen Materialien induzierten Verzerrung wurden sowohl mit Labor-Röntgenpulverdiffraktometrie (ex situ) als auch Synchrotron-Hochdruck-Röntgenpulverdiffraktometrie (in situ) eingesetzt wurde. In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Hubert Huppertz wurde das Material bei 10 GPa gepresst, wobei keine Amorphisierung oder ein Phasenübergang, sondern eine höhere Dichte an Versetzungslinien beobachtet wurde. Eine Verdoppelung der Ionenleitfähigkeit zeigt, dass Versetzungen als schnelle Wege für die Diffusion von Li+-Ionen fungieren können. Die Auswirkung des Drucks auf die Struktur von Na3PnS4 wurde in diesem Projekt ebenfalls untersucht. In-situ-Synchrotron-Hochdruck-Pulverröntgenbeugung zeigt einen tetragonalen bis kubischen Phasenübergang bei Drücken von 2,9 GPa für Na3SbS4 und 14,6 GPa für Na3PS4. Rietveld-Verfeinerungen und Symmetrieanalysen lieferten Einblicke in den Mechanismus des Phasenübergangs, der mit der Bewegung von Na+ und der Rotation der SbS43− Tetraeder zusammenhängt. Dichtefunktionaltheorieberechnungen bestätigten, dass die kubische Phase unter hohem Druck im Vergleich zur tetragonalen Phase thermodynamisch begünstigt wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Oral Presentation at MRS Fall Meeting & Exhibit, Boston, USA, December 2022. Faka, V.; Agne, M. T.; Zeier, W.G. “Investigation of activation volumes of site disordered Li6PS5Br”
Faka, V.; Agne, M. T. & Zeier, W.G.
-
Poster Presentation at International Bunsen Discussion Meeting Solid-state Batteries V (SSB V), Frankfurt, Germany, November 2022. Faka, V.; Agne, M. T.; Zeier, W.G. ‘’Pressure dependence of site disordered Li6PS5Br’’
Faka, V.; Agne, M. T. & Zeier, W.G.
-
Pressure dependence of ionic conductivity in site disordered lithium superionic argyrodite Li6PS5Br. Energy Advances, 2(11), 1915-1925.
Faka, Vasiliki; Agne, Matthias T.; Till, Paul; Bernges, Tim; Sadowski, Marcel; Gautam, Ajay; Albe, Karsten & Zeier, Wolfgang G.
-
Oral Presentation at Solid State Chemistry Seminar (GRS), New London, United States, July 20 - 21, 2024. Faka, V. “Exploring the Influence of Pressure on Structural and Transport Properties in Solid Electrolytes”
Faka, V.
-
Oral Presentation at Solid State Ionics 2024 – 3E3 Battery Materials, London, U.K., 15th – 19th July, 2024. Faka, V. “How does pressure affect the structure and transport properties of Li+ argyrodites?”
Faka, V.
-
Poster Presentation at Solid State Chemistry (GRC), New London, United States, July 21 - 26, 2024 Faka, V.; Agne, M. T.; Lange M.A. Zeier, W.G. “The influence of pressure in Li+ argyrodites”
Faka, V. & Agne, M. T.
-
Pressure-Induced Dislocations and Their Influence on Ionic Transport in Li+-Conducting Argyrodites. Journal of the American Chemical Society, 146(2), 1710-1721.
Faka, Vasiliki; Agne, Matthias T.; Lange, Martin A.; Daisenberger, Dominik; Wankmiller, Björn; Schwarzmüller, Stefan; Huppertz, Hubert; Maus, Oliver; Helm, Bianca; Böger, Thorben; Hartel, Johannes; Gerdes, Josef Maximilian; Molaison, Jamie J.; Kieslich, Gregor; Hansen, Michael Ryan & Zeier, Wolfgang G.
-
Solid Ion Conductors under Pressure: In Situ Monitoring of the Tetragonal to Cubic Phase Transition of Na3SbS4 and Na3PS4. ACS Materials Letters, 7(7), 2648-2654.
Faka, Vasiliki; Lange, Martin A.; Daisenberger, Dominik; Böger, Thorben; Martinez de Irujo-Labalde, Xabier; Fallon, M. Jewels; Kieslich, Gregor & Zeier, Wolfgang G.
