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Artikelaktionen

AG Prof. Dr. Jürgen Janek

Physikalische Festkörperchemie - Festkörperionik und Elektrochemie
Willkommen auf unseren Seiten!
AG Janek 2018

 

Die AG Janek erforscht physikalisch-chemische Grundlagen von Festkörperprozessen, die für moderne Energie- und Grenzflächentechnologien wichtig sind.

 

 

Aktuelle Veröffentlichungen

Toward a Fundamental Understanding of the Lithium Metal Anode in Solid-State Batteries—An Electrochemo-Mechanical Study on the Garnet-Type Solid Electrolyte Li6.25Al0.25La3Zr2O12
T. Krauskopf, H. Hartmann, W. G. Zeier, and J. Janek, ACS Appl. Mater. Interfaces (2019); find paper here

 

Unraveling the Formation Mechanism of Solid–Liquid Electrolyte Interphases on LiPON Thin Films
M. Weiss, B.-K. Seidlhofer, M. Geiß, C. Geis, M. R. Busche, M. Becker, N. M. Vargas-Barbosa, L. Silvi, W. G. Zeier, D. Schröder, and J. Janek, ACS Appl. Mater. Interfaces (2019); find paper here

 

Microstructural Modeling of Composite Cathodes for All-Solid-State Batteries
A. Bielefeld, D. A. Weber, and J. Janek, J. Phys. Chem. C 3 (2019); find paper here

 

Investigation of Fluorine and Nitrogen as Anionic Dopants in Nickel-Rich Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries
J. O. Binder, S. P. Culver, R. Pinedo, D. A. Weber, M. S. Friedrich, K. I. Gries, K. Volz, W. G. Zeier, and J. Janek, ACS Appl. Mater. Interfaces 51 (2018) 44452-44462; find paper here

 

Towards zinc-oxygen batteries with enhanced cycling stability: The benefit of anion-exchange ionomer for zinc sponge anodes
D. Stock, S. Dongmo, K. Miyazaki, T. Abe, J. Janek, D. Schröder, J. Power Sources 395 (2018) 195-204; find paper here

Bild des Monats April 2019

Hier finden Sie wechselnde Einblicke in die AG Janek. Eine vergrößerte Darstellung aller bisher erschienenen Bilder finden sie hier.

Cerdioxid ist ein redox-aktives Oxid und weist eine hohe Tendenz zur Bildung von Punktdefekte auf. Unter reduzierenden Bedingungen wird Sauerstoff an die Umgebung abgegeben und Sauerstoffleerstellen erzeugt. Elektroneutralität wird dabei durch die Reduktion zweier tetravalenter Ce-Kationen Ce4+ (CeCe×) to Ce3+ (CeCe′) pro Sauerstoffleerstelle gewährleistet. Diese lokalisierten Elektronen tragen dann über einen aktivierten Sprungprozess als sogenannte kleine Polaronen zur elektrischen Leitfähigkeit bei. Das Brouwer-Diagramm trifft Vorhersagen über die Ladungs-trägerkonzentration in Abhängigkeit vom Sauerstoffpartialdruck und ist ein gängiges Hilfsmittel, um das Leitfähigkeitsverhalten von nichtstöchiometrischen Oxiden zu erklären, wobei eine konstante Defektbildungsenthalpie angenommen wird. Entgegen der Brouwer-Annahmen zeigen meosporöse Ce0.8Zr0.2O2-δ Filme eine Abnahme der Leitfähigkeit trotz zunehmender Ladungsträgerkonzentration. Die experimentellen Ergebnisse können mithilfe einfacher Statistik bei der Betrachtung des Sprungprozesses der Elektron-Polaronen interpretiert werden. Sobald die Ce3+-Konzentration die Konzentration der Ce4+-Ionen übersteigt, fehlt ein geeigneter Sprungnachbar mit freiem Energieniveau für das betrachtete Polaron. Die Wahrscheinlichkeit des Sprungprozesses wird dadurch eingeschränkt und die elektrische Leitfähigkeit sinkt. Dies wurde bisher in Cerdioxid-basierten Materialien nicht beobachtet und kann in mesoporösen Filmen nur durch die Kombination der Nanostruktur mit der erhöhten Reduzierbarkeit durch die Substitution mit Zr-Ionen erreicht werden. (Bild eingereicht von Kathrin Michel.)

Cerdioxid ist ein redox-aktives Oxid und weist eine hohe Tendenz zur Bildung von Punktdefekte auf. Unter reduzierenden Bedingungen wird Sauerstoff an die Umgebung abgegeben und Sauerstoffleerstellen erzeugt. Elektroneutralität wird dabei durch die Reduktion zweier tetravalenter Ce-Kationen Ce4+ (CeCe×) zu Ce3+ (CeCe) pro Sauerstoffleerstelle gewährleistet. Diese lokalisierten Elektronen tragen dann über einen aktivierten Sprungprozess als sogenannte kleine Polaronen zur elektrischen Leitfähigkeit bei.

Das Brouwer-Diagramm trifft Vorhersagen über die Ladungs-trägerkonzentration in Abhängigkeit vom Sauerstoffpartialdruck und ist ein gängiges Hilfsmittel, um das Leitfähigkeitsverhalten von nichtstöchiometrischen Oxiden zu erklären, wobei eine konstante Defektbildungsenthalpie angenommen wird.

Entgegen der Brouwer-Annahmen zeigen meosporöse Ce0.8Zr0.2O2-δ Filme eine Abnahme der Leitfähigkeit trotz zunehmender Ladungsträgerkonzentration. Die experimentellen Ergebnisse können mithilfe einfacher Statistik bei der Betrachtung des Sprungprozesses der Elektron-Polaronen interpretiert werden. Sobald die Ce3+-Konzentration die Konzentration der Ce4+-Ionen übersteigt, fehlt ein geeigneter Sprungnachbar mit freiem Energieniveau für das betrachtete Polaron. Die Wahrscheinlichkeit des Sprungprozesses wird dadurch eingeschränkt und die elektrische Leitfähigkeit sinkt. Dies wurde bisher in Cerdioxid-basierten Materialien nicht beobachtet und kann in mesoporösen Filmen nur durch die Kombination der Nanostruktur mit der erhöhten Reduzierbarkeit durch die Substitution mit Zr-Ionen erreicht werden. (Bild eingereicht von Kathrin Michel.)

Netzwerke, in denen die AG Janek vertreten ist:
Logo BASF BASF Forschungsnetzwerk "Elektrochemie und Batterien"

"Festelektrolyte als Enabler für Lithium-Zellen In Automobilen Anwendungen"

BMBF-Projekt FELIZIA

"Festelektrolyte als Enabler für Lithium-Zellen In Automobilen Anwendungen"

BMBF Logo

BMBF-Projekt BenchBatt

"Benchmarking und Evaluation der Leistungsfähigkeit und Kosten von Hochenergie- und Hochvolt-Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu Post-Lithium-Ionen-Technologien"

BMBF-Projekt Zisabi

BMBF-Projekt Zisabi

"Zink-Sauerstoff-Batterien mit Ionenaustausch-Membran als Post-Lithiumionen-Technologie"

LOGO BMEL

BMEL-Projekt FOREST

Neuartige Lignin-basierte Elektrolyte für den Einsatz in Redox-Flow-Batterien - Future Organic Electrolyte for Energy Storage

BMBF-Projekt MeLuBatt

BMBF-Projekt MeLuBatt

 "Frischer Wind für Metall/Luftsauerstoff-Batterien:

Was man von Lithium-Ionen-Batterien lernen kann"

German Israeli Battery School

German Israeli Battery School