Ionentransportstudien zur Aufklärung der Defektchemie von Zn-leitenden Oxiden mit Spinell-Struktur

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Roger De Souza, Ph.D.; Dr. Kerstin Neuhaus
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573589769

Um den mit der Energiewende verbundenen steigenden Bedarf an stationären Energiespeichern zu decken, sind in letzter Zeit verstärkt Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien (LIB) in den Fokus der Forschung gerückt, die eine höhere Energiedichte bei preisgünstigeren Ausgangsmaterialien und umweltfreundlicheren Herstellungsverfahren versprechen. In diesem Zusammenhang wurden Oxidmaterialien mit Spinellstruktur (AB2O4) wie zum Beispiel ZnMn2O4 immer wieder als interessante Aktivmaterialien für die positive Elektrode in Zink-Ionen-Batterien (ZIB) oder Zink-Metall-Batterien (ZMB) diskutiert. Das vorliegende Projekt zielt darauf ab, eine Dotierungsstrategie zur Verbesserung der Transporteigenschaften von auf ZnMn2O4 oder ZnFe2O4 basierenden Spinell-Materialien abzuleiten. Es werden sowohl Anionen- als auch Kationen-Dotierungsmöglichkeiten untersucht. Der Schwerpunkt wird auf die Auswirkungen der Dotierung auf den ionischen und elektronischen Transport sowie die chemische und strukturelle Stabilität während der Insertion/De-Insertion von Zn2+ liegen. Ein wichtiges Ziel wird die Entwicklung eines quantitativen Punktdefektmodells sein. Zu diesem Zweck wird ein Ineinandergreifen theoretischer und verschiedener experimenteller Methoden zur Charakterisierung der Zink-Ionen-Diffusion eingesetzt, was durch die enge Zusammenarbeit der beiden Gruppen ermöglicht wird. Begleitend zu den Untersuchungen auf Materialebene finden zudem elektrochemische Untersuchungen auf Zellebene statt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen