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Oktober

Bild des Monats Oktober 2025

Untersuchung des Einflusses der Gitterparameter und des Li-Gehalts auf die Ionenleitfähigkeit in Li-Granaten

Durch den Wunsch, flüssige Elektrolyte in Li-Ionenbatterien, aufgrund sicherheitstechnischer und Umweltgründe, durch Festelektrolyte zu ersetzen, wurden in jüngerer Vergangenheit eine große Zahl an Verbindungen untersucht. Li-Granate sind dabei im Hinblick auf eine Anwendung als Festelektrolyt in Li-Batterien vielversprechend, da sie kompatibel mit Lithiummetallanoden sind und eine Vielzahl an Elementen im Kristallgitter unterbringen können. Diese Flexibilität im Hinblick auf einen „Hochentropie-Ansatz“ auszunutzen, ermöglicht es, Eigenschaften wie Gitterparameter und ionische Leitfähigkeit gezielt anzupassen. Dafür müssen passende Elementkombinationen gefunden werden.

Um aus der großen Auswahl an möglichen Kombinationen die richtigen auszuwählen, wurde ein Prozess zur Vorauswahl entwickelt, welcher Ionengröße und -Ladung berücksichtigt. Die Proben wurden dann über Festphasensynthese dargestellt und mittels Röntgenbeugung, Elektronenmikroskopie und Impedanzspektroskopie analysiert.

Die Abbildung zeigt die Ergebnisse einer solchen Impedanzspektroskopie und mögliche Korrelationen zwischen Ionenleitfähigkeit, Gitterparameter und Lithiumgehalt in den untersuchten Proben. Dies unterstreicht die Notwendigkeit umfangreicher Forschung auf dem Gebiet der Batteriematerialien, um die Beziehungen zwischen Zusammensetzung und Eigenschaften, Leitungsmechanismen und mögliche Wege zur Verbesserung dieser (hochentropischen) Batteriematerialien besser zu verstehen.

Publikation: Benjamin Zimmermann, Till Fuchs, Johannes Westphal, Jürgen Janek, and Maren Lepple, ACS Organic & Inorganic Au 2025 5 (3), 211-220 DOI: 10.1021/acsorginorgau.5c00021

Dieses Bild wurde eingereicht von Prof. Dr. Maren Lepple.

Weitere Einblicke in die Arbeiten der am ZfM beteiligten Arbeitsgruppen finden sie in der Galerie der Bilder des Monats.