Aufklärung von Substitutionseffekten in Na[Li1/3Mn2/3]O2 mit O3 Struktur zur Speicherung von Na in Batterien

• Antragsteller: Professor Dr. Philipp Adelhelm; Dr. Payam Kaghazchi
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501562980

Natriumionenbatterien (NIBs) weisen Energiedichten ähnlich zur Lithiumionenbatterien (LIBs) auf, basieren aber auf insgesamt besser verfügbaren Elementen. Im Vergleich zu LIBs ist die Kathodenchemie bei NIBs deutlich vielfältiger was einerseits neue Möglichkeiten erschließt, gleichzeitig aber auch viele grundlegende Fragen aufwirft. Die vielversprechendste Materialklasse stellen Schichtoxide dar, deren Redoxverhalten und Phasenverhalten durch Kombination verschiedener (Übergangs-)metalle eingestellt werden kann. Trotz der scheinbar einfachen Zusammensetzung dieser Materialien, ist ihr Verhalten hochkomplex und bisher schlecht verstanden. In diesem Projekt soll verstanden werden, wie die Eigenschaften des Schichtoxides Na[Li1/3Mn2/3]O2 mit O3-Struktur durch Ca, Ni oder Fe gezielt verändert werden können. Die O3-Struktur erlaubt dabei einen hohen Na-Gehalt und Li wirkt strukturstabilisierend. Mn wird aufgrund seiner guten Verfügbarkeit eingesetzt und ist, gemeinsam mit dem Sauerstoffgitter, das redoxaktive Element. Es wird erwartet, dass die partielle Substitution von Li und Mn durch Ca, Ni oder Fe die Eigenschaften stark verändern, insbesondere mit Blick auf die Phasenstabilität, die Leitfähigkeit, Redoxaktivität und Speicherkapazität. Das Verständnis der zugrundeliegenden Struktur-Eigenschaftsbeziehungen soll im Projekt durch die Kombination von Experimenten (Synthese, Elektrochemie, verschiedene Analysemethoden inkl. in situ / operando) und Simulation (mithilfe von Dichtefunktionaltheorieberechnungen) erreicht werden, welche durch die komplementäre Expertise der Antragssteller abgedeckt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen