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Mobilität von Lithiumionen in Festkörpern

Grundlagenforschung an Lithium-Ionenleitern

Die präzise Untersuchung der elementaren Diffusionsprozesse von Ionen in Festkörpern ist im Falle von Lithium-Ionenleitern sowohl für die physikalisch-chemische Grundlagenforschung als auch für die anwendungsorientierte Materialforschung aktuell von weltweit enormer Bedeutung.

Die FOR 1277 molife „Mobilität von Li-Ionen in Festkörpern”, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit insgesamt 3,6 Mio. Euro für die erste Periode und mit 2,7 Mio. Euro für die zweite Periode gefördert wird, widmet sich dem reinen Grundlagenstudium atomarer dynamischer und kinetischer Prozesse in lithiumhaltigen Festkörpern, d. h. Modellsubstanzen mit z. T. anwendungsorientiertem Charakter. Molife umfasst insgesamt sieben Projekte mit unterschiedlichen, aber komplementären Schwerpunkten. Diese reichen von Dimensionalitäts- und Isotopeneffekten bei der Lithiumdiffusion über strukturell ungeordnete oder nanostrukturierte Festkörper bis hin zur Untersuchung von extrem langsamen Ionenbewegungen reichen.

Dazu wird ein in dieser Kombination einzigartiges und besonders umfangreiches Methodenspektrum eingesetzt, welches z. B. Massentracerverfahren, die Impedanz- und Leitfähigkeitsspektroskopie, zahlreiche Kernresonanz-Verfahren (NMR-Verahren) sowie die Neutronenreflektrometrie und -beugung umfasst. Im Rahmen der FOR 1277 finanziert die DFG u. a. zwei neue Großgeräte: ein Festkörper-NMR-Spektrometer und ein Impedanzspektrometer.

Durch den Einsatz der zueinander komplementären mikro- und makroskopischen Messtechniken werden atomare Bewegungsprozesse auf einer enorm großen Zeit- und Längenskala untersucht, so dass z. B. Lithiumsprungraten mit Werten vom Sub-Hertz- bis in den Gigahertz-Bereich erfasst werden können. Theoretische Studien, die insbesondere quantenchemische Rechnungen und Monte-Carlo-Simulationen beinhalten, begleiten die experimentell ausgerichteten Projekte.

Modellsubstanzen und Materialien umfassen 1D- und 2D-Ionenleiter, nanostrukturierte Materialien, Gläser, stark fehlgeordnete Oxide etc.

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