FOR 5065:  Energielandschaften und Struktur in ionenleitenden Feststoffen (ELSICS)

• Fachliche Zuordnung: Chemie ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Physik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428906592

Die Potentialenergie-Landschaft mobiler Ionen in Festkörper-Materialien ist eng verknüpft mit der Struktur auf der atomaren Skala. Diese Wechselbeziehung und die sich daraus ergebenden Eigenschaften, z.B. die Ionenmobilität, haben höchst aktuelle Bedeutung mit direkter Anwendungsrelevanz bei der Energiespeicherung und –konversion. Das Verständnis von Struktur, Energielandschaft und Ionentransport ist wesentlich, um verbesserte und neue Funktionalitäten mit wissensbasierter Methodik zu entwickeln. Ziel dieser Forschungsinitiative ist es, mit einer konzertierten Aktion experimenteller und theoretischer Arbeitsgruppen Energieverteilungen von Ionenplätzen in Festkörpern auf Grundlage atomar aufgelöster Strukturen und in Verbindung mit Transporteigenschaften zu quantifizieren. Diese Quantifizierung soll für amorphe Festkörper und Kristalle mit definierten Defekten sowie polykristalline Festkörper bzw. Bi-Kristallen mit Grenzflächen-dominiertem Ladungstransport durchgeführt werden. Der Fokus wird auf zwei Materialklassen gerichtet sein: Alkaliionen-basierte Materialien mit Bezug zur Energiespeicherung und perowskitische Materialien mit Bezug zu Brennstoffzellen. Die geplante Forschungsgruppe enthält State-of-the-art Expertise experimenteller Arbeitsgruppen [Ladungsanlagerungsinduzierter Transport (CAIT), Festkörper-NMR (NMR), Atomsonden-Tomographie (APT) und höchstauflösende Transmissions-Elektronenmikroskopie HR-TEM)], und theoretischer Arbeitsgruppen für die Modellierung kristalliner und amorpher Systeme. Von den Studien erwarten wir die Entwicklung eines vereinheitlichten Bildes der Wechselbeziehung zwischen Energielandschaft, Struktur und Ionentransport in Festkörpermaterialien mit Vorhersagekraft.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Koordinationsfonds (Antragsteller Weitzel, Karl-Michael )
• Korrelation von Struktur und Energielandschaft mobiler Ionen in Perowskit Oxid Grenzflächen (Antragsteller Jooss, Christian )
• Ladungs-Anlagerungs-Induzierter-Transport (CAIT) Studien zur Energielandschaft in ionenleitenden Festkörpern (Quantifizierung von besetzen Anteilen von Platzenergieverteilungen in amorphen und kristallinen Materialien) (Antragsteller Weitzel, Karl-Michael )
• Lokale Struktur auf atomarer Skala von ionenleitenden Oxiden aus der Atomsonden-Tomographie (Antragstellerin Volkert, Cynthia A. )
• NMR-Untersuchungen der Verteilungen von Aktivierungsenergien in ionenleitenden Festkörpern (Antragsteller Vogel, Michael )
• Theoretische Untersuchungen zur Ionenbewegung in kristallinen Materialien (Antragsteller Jacob, Timo )
• Theorie für Energielandschaften und Ionentransport in amorphen Materialien (Antragsteller Maass, Philipp )

• Sprecher: Professor Dr. Karl-Michael Weitzel