Ionenleitung und Strukturchemie von Phosphidosilicaten

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk Johrendt
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 543298761

Ionenleitende Feststoffelektrolyte sind wichtige Komponenten von Feststoffbatterien und wer-den weltweit intensiv erforscht. Unter den vielen Eigenschaften, die feste Elektrolyte für den Einsatz in Batterien erfüllen müssen ist vor allem eine Ionenleitfähigkeit um 1 mS/cm entschei-dend. Viele der besten heute bekannten festen Ionenleiter sind Sulfide mit zu geringer chemi-scher Stabilität für Anwendungen in Batterien. Ob stabilere Metallhalogenide besser geeignet sind, ist wegen der hohen Kosten für Übergangs- und Seltenerdmetalle noch unklar. Ionenlei-tende Phosphide waren für lange Zeit kaum untersucht. Wir haben 2015 das neuartige Phos-phidosilicat LiSi2P3 entdeckt, in dem sich Li-Ionen in Zwischenräumern eines diamantartigen Netzwerkes aus großen Supertetraedern bewegen. Obwohl Lithium zwischen den Li-freien Supertetraedern „verdünnt“ wird, ist die Ionenleitfähigkeit von LiSi2P3 so hoch wie die von Li8SiP4, welches fünfmal mehr Lithium enthält. Wir konnten anschließend zeigen, dass die Io-nenleitfähigkeit mit der Größe der Supertetraeder ansteigt, und haben dieses Konzept auf Natrium- und Kaliumionenleiter erweitert. Unser Projekt zielt auf eine Erhöhung der Ionenleit-fähigkeit in ASi2P3 (A = Li, Na, K) durch chemische Substitution, und auf die Entdeckung weite-rer potenziell ionenleitender Phosphidosilicate mit neuartigen Strukturmotiven. Unsere Vorar-beiten zeigen, dass dies durch Kombinationen von Alkali- mit Erdalkalimetallen gelingen kann. Wir stellen auch die analogen Rubidium- und Cäsium-Verbindungen her, die als Modellsyste-me wichtige Informationen für ein besseres Verständnis der Ionenbewegung zwischen Super-tetraedern liefern. Die zusätzliche Einführung Erdalkalimetallen ist eine präparative Herausfor-derung, die wir mit mechanochemischen Synthesemethoden angehen, um bisher noch unbekannte quaternäre Phosphidosilicate zu entdecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen