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Gitterdynamiken in ionischen Leitern

Neue Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe am Physikalisch-Chemischen Institut der Uni Gießen

19.10.2017

In Batterien, Brennstoffzellen und Sensoren sind feste Ionenleiter mit hohen Leitfähigkeiten nicht mehr wegzudenken. Um die große Palette der unterschiedlichsten Anwendungen langfristig erweitern zu können, ist ein besseres grundlegendes Verständnis von ionischem Transport im Festkörper wichtig. In einer neuen Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe an der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) unter der Leitung von Dr. Wolfgang Zeier wird es in erster Linie darum gehen, solch zukunftsträchtige Energietechnologien nachhaltig zu verbessern.

Die neue Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe „Gitterdynamiken in ionischen Leitern“ reiht sich bestens ein in das Forschungsspektrum des Physikalisch-Chemischen Instituts der JLU. Die Freude insbesondere im Institut, aber auch am gesamten Fachbereich 08 – Biologie und Chemie über die Bewilligung ist dementsprechend groß. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) stellt im Rahmen ihres renommierten Emmy-Noether-Programms Personal- und Sachmittel in Höhe von rund 1,2 Millionen Euro für fünf Jahre zur Verfügung.

Bei Ionenleitern denkt der Laie zunächst an Flüssigkeiten oder auch Gase; in diesem Fall geht es jedoch um Festkörper und die Verbesserung der Leitfähigkeit. Klassische Ansätze, um die Leitfähigkeit fester Ionenleiter positiv zu beeinflussen, beinhalten typischerweise die Erweiterung von kristallographischen Diffusionswegen („Tunneln“) in einem statischen Gitter oder die Optimierung der Anzahl beweglicher Ionen, erläutert Dr. Zeier. Er bringt seinen Forschungsansatz auf den Punkt: „Wir wollen den Einfluss der Natur der Tunnel auf das bewegliche Ion ergründen.“ Die Idee, dass sanftere Wechselwirkungen mit dem Tunnel einen besseren Ionenfluss erzeugen, existiere bereits seit den 1970-er Jahren. Mittels chemischer Intuition seien schon seit vielen Jahren weiche, polarisierbare Anionenteilgitter mit guter Ionenbeweglichkeit im Festkörper in Verbindung gebracht worden. Jetzt sei endlich auch der Nachweis dieses Einflusses gelungen. Die neue Emmy-Noether-Gruppe werde hierfür den Einfluss der Gitterdynamik auf die Ionenleitfähigkeit von Festelektrolyten untersuchen. Das Forschungsvorhaben der Emmy-Noether-Gruppe strebe ein grundlegendes Verständnis von Ionenbewegung im Festkörper an und werde dabei das Wissen und die Werkzeuge aus dem Bereich der Thermoelektrik mit dem Gebiet der Ionenleiter vereinen, ergänzt der Projektleiter weiter.

Kooperationspartner sind u.a. Dr. Geoffroy Hautier, Université catholique de Louvain (UCL)
Louvain-la-Neuve, Belgien, und Prof. Dr. Jürgen Janek, Physikalisch-Chemisches Institut der JLU Gießen.

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