Vorhersage der Leitfähigkeit von Elektrolyten für Energiespeicherung mittels der Debye-Hückel-Onsager-Theorie und der Quantum-Cluster-Equilibrium Methode

• Antragsteller: Jamoliddin Khanifaev, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565990327

Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es, Eigenschaften von Elektrolyten mithilfe einer Kombination moderner rechnergestützter und analytischer Werkzeuge vorherzusagen und zu charakterisieren. Es ist wichtig, die physikochemischen Eigenschaften von Elektrolyten vorherzusagen, da dies Praktikern bei der Entwicklung und Optimierung neuartiger elektrochemischer Geräte helfen wird. Effiziente elektrochemische Speichergeräte sind das Schlüsselelement für die Transformation der grünen Wirtschaft und die Lösung der Energiekrise. In diesem Projekt werden wir physikalische Parameter wie Ionenradien, Debye-Abschirmlängen und andere Strukturparameter mithilfe von Molekulardynamik- und Ab-initio-Molekulardynamiksimulationen generieren. Diese Parameter werden als Eingabe für die erweiterte Debye-Hückel-Onsager-Theorie verwendet, die es ermöglicht, die Schlüsseleigenschaft von Elektrolyten vorherzusagen, nämlich die elektrische molare Leitfähigkeit als Funktion der Ionenkonzentration. Zusätzlich wird die Quantum-Cluster-Equilibrium-Methode verwendet, um Elektrolytdissoziationskonstanten und Säurekonzentrationen zu erhalten, und ihre explizite Beziehung zur Leitfähigkeit wird hergestellt. Zunächst werden einfache wässrige Salzsäure und Ameisensäure untersucht, da sie jeweils die Prototypen starker und schwacher Säuren sind. Faktoren wie Ionenpaarung und Dissoziation, die die Leitfähigkeit beider Systeme in einem vollständigen Konzentrationsbereich beeinflussen, werden bestimmt und für starke und schwache Säuren differenziert. Es wird ein robuster und zuverlässiger rechnerischer und theoretischer Arbeitsablauf zur Vorhersage der physikochemischen Eigenschaften von Elektrolyten im Zusammenhang mit Energiespeichergeräten entwickelt. Dieser Arbeitsablauf wird auf den Fall potenziell neuartiger Funktionselektrolyte angewendet und öffentlich zugänglich gemacht.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle