Untersuchung hochgeordneter elektrochemischer Grenzflächen von Halbleiter- und Batterieelektroden mittels kombinierter operando Impedanz- und Reflexionsanisotropiespektroskopie

• Antragsteller: Dr. Matthias May
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576432839

Die Eigenschaften von elektrochemischen Grenzflächen werden wesentlich von Zwischenphasen, die sich an der Phasengrenze zwischen Elektrode und Elektrolyt ausbilden, bestimmt. Dies betrifft insbesondere reaktive Elektrodenmaterialien wie Verbindungshalbleiter oder auch Batterieelektroden. Selbst wenn die Elektrode ursprünglich in einkristalliner Form vorliegt, bildet sich durch anfängliche Korrosion typischerweise eine amorphe Zwischenphase, von wenigen Nanometern bei Halbleitern in Kontakt mit wässrigen Elektrolyten bis zu mehreren Hundert Nanometern im Falle von Batterieelektroden. Während diese Zwischenphasen, auch Solid-Electrolyte Interphase (SEI) genannt, sich in vielen Fällen auch günstig auf die Funktion des elektrochemischen Systems auswirken, so erschwert doch ihre amorphe Natur das genaue Verständnis der Grenzfläche bezüglich Potenzialverläufen oder Ladungstransporteigenschaften. Im vorliegenden Projekt sollen daher für zwei unterschiedliche Elektrodensysteme elektrochemische Bedingungen identifiziert werden, unter denen hochgeordnete elektrochemische Grenzflächen präpariert und stabilisiert werden können um dieses generelle Verständnis zu verbessern. Galliumphosphid soll hier die Klasse der Halbleiterphotoelektroden in Kontakt mit wässrigen repräsentieren, hochgeordnetes, pyrolytischen Graphit (HOPG) in Kontakt mit Al, Li, und Mg-basierten Batterieelektrolyten die Klasse der Batterieelektroden. Reflexionsanisotropiespektroskopie wird hier als spektroelektrochemische Methode genutzt, um solche hochgeordneten Grenzflächen „operando“ im Elektrolyten zu identifizieren. Diese Grenzflächen werden dann der Ausgangspunkt für vertiefte mittels impedanzbasierter Untersuchungen sein. Für GaP wird die Bildung und die Eigenschaften von Oberflächenzuständen mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) untersucht, gefolgt von Ladungstransporteigenschaften und Ladungsträgerrekombination mittels intensitätsmodulierter Photospektroskopie (IMPS). Für die Batterieelektroden soll das Nukleations- und Interkalationsverhalten mittels struktureller Analyse beleuchtet werden, die Ionentransporteigenschaften über EIS. Die so gewonnenen Erkenntnisse können dazu beitragen, Passivierungsansätze für Photoelektroden zu verbessern, sowie Ladezyklen für Batterien zur Vermeidung von Dendriten zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen