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Artikelaktionen

Forschung

Design von Materialien

Unsere Arbeiten versuchen, ein Verständnis für die Strukturchemie von funktionellen Materialien zu erhalten, um deren physikalische Eigenschaften zu verstehen. Hierfür verwenden wir eine Kombination aus synthetischer Festkörperchemie, Festkörperphysik und Festkörperelektrochemie. Aus synthetischer Sicht nutzen wir klassische Festkörpersynthesen (Oxide, Chalkogenide und Thiophosphate) sowie Gasflusstechniken, Sol-gel Ansätze und Schmelzflusssynthesen. Unterschiedliche Methoden zur Strukturcharakterisierung (Röntgenbeugung, Neutronenbeugung und Paarverteilungsfunktionsanalyse) helfen uns die lokalen strukturellen Einheiten und Bindungswechselwirkungen zu verstehen, um Rückschlüsse auf die gemessene Ionenleitfähigkeit sowie den thermischen und elektronischen Transport ziehen zu können.

Einfluss der Gitterdynamik auf Ionentransport

Gitterdynamik

Weiche, polarisierbare Anionenteilgitter werden schon immer mit guter Ionenbeweglichkeit im Festkörper in Verbindung gebracht. Wir untersuchen hierfür den Einfluss der Gitterdynamik auf die Ionenleitfähigkeit von Festelektrolyten. 


Ausgewählte Publikationen: 

Kraft et al. "On the influence of lattice polarizability on the ionic conductivity in the lithium superionic argyrodites Li6PS5X (X = Cl, Br, I)" J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 10909-10918 doi:10.1021/jacs.7b06327

Krauskopf et al. "Influence of lattice dynamics on Na-transport in the solid electrolyte Na3PS4-xSex“ Chem. Mater. 2017 doi:10.1021/acs.chemmater.7b03474

Krauskopf T. et al. "Comparing the descriptors for investigating the influence of lattice dynamics on ionic transport using the superionic conductor Na3PS4-xSex J. Am. Chem. Soc. 2018 doi:10.1021/jacs.8b09340

Strukturchemie von Ionenleitern

Strukturchemie

Ionenleiter mit hohen Ionenleitfähigkeiten sind für viele Anwendungen wichtig, darunter Brennstoffzellen und Batterien. Wir versuchen ein Verständnis für die Beweglichkeit von Ionen (z.B. Li+) in einer Struktur zu erhalten und nutzen synthetische Strategien, um die Diffusionswege und Leitfähigkeiten zu beeinflussen. Hierbei interessieren uns oxidische, phosphatische, sulfidische und thio-phosphatische Lithiumionenleiter.


Ausgewählte Publikationen:

Weber D.A. et al. “Structural insights and 3D diffusion pathways within the lithium superionic conductor Li10GeP2S12Chem. Mater. 2016, 28 (16), 5905-5915 doi:10.1021/acs.chemmater.6b02424 

Minafra N. et al. “Effect of Si substitution on the structural and transport properties of superionic Li-argyrodites” J. Mater. Chem. A 20186, 645-651 doi:10.1039/C7TA08581H

Krauskopf T. et al. “The bottleneck of diffusion and inductive effects in Li10Ge1-xSnxP2S12” Chem Mater. 201830, 1791-1798 doi:10.1021/acs.chemmater.8b00266

Dietrich C. et al. "Lithium ion conductivity in Li2S-P2S5 glasses - Building units and local structure evolution during crystallization of the superionic conductors Li3PS4, Li7P3S11 and Li4P2S7J. Mater. Chem. A 20175, 18111-18199 doi:10.1039/C7TA06067J

Grenzflächeneigenschaften von Feststoffbatterien

A solid future for battery development

Feststoffbatterien sind die Zukunftstechnologie, mit der Hoffnung die gegenwärtigen flüssigen Elektrolyte mit Festelektrolyten und Li-Metall Anoden zu ersetzen, um sicherere Hoch-Energie-Batterien zu erhalten. Um die Aussichten und die Zukunft von Feststoffbatterien einzuschätzen, untersuchen wir die vorherrschenden Grenzflächenprozesse mittels in situ-Techniken und zeitaufgelöster Elektrochemie.

 

Ausgewählte Publikationen:

Janek J., Zeier W.G., “A solid future for battery development” Nat. Energy 2016, 1 (9), 16141 doi:10.1021/10.1038/nenergy.2016.141

Koerver R. et al. "Redox-active cathode interphases in solid-state batteries“ J. Mater. Chem. A 20175, 22750-22760 doi:10.1039/C7TA07641J

Koerver R. et al. “Capacity fade in solid-state batteries: Interphase formation and chemo-mechanical processes in nickel-rich layered oxide cathodes and lithium thiophosphate solid electrolytes” Chem. Mater. 201729, 5574-5582 doi:10.1021/acs.chemmater.7b00931

Zhang W. et al. “(Electro)chemical expansion during cycling: monitoring pressure changes in operating solid-state lithium batteries” J. Mater. Chem. A 2017, 5, 9929-9936 doi:10.1039/C7TA02730C

Kristallchemische Einflüsse auf den elektronischen Transport

Thermoelektrika

Thermoelektrika wandeln thermische Energie in elektrische Energie um. Die Effizienz eines Thermoelektrikums hängt stark von der Thermokraft sowie der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit ab. Wir untersuchen das Transportverhalten unterschiedlicher thermoelektrischer Materialien, wenn Zusammensetzung und Struktur gezielt verändert werden. Derzeit versuchen wir ein tieferes Verständnis zu erhalten, wie lokale Bindungsinteraktionen den elektronischen und thermischen Transport beeinflussen.


Ausgewählte Publikationen:

Zeier W.G. et al. “Engineering half-Heusler thermoelectric materials using Zintl chemistry“ Nature Rev. Mater. 2016, 16032 – doi:10.1038/natrevmats.2016.32

Zeier W.G. et al. “Thinking like a chemist: intuition in thermoelectric materials“ Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55 (24), 6826-6841,  doi:10.1002/anie.201508381

Hanus R. et al. “A chemical understanding for the band convergence in CoSb3 skutterudites: influence of electron population, local thermal expansion and bonding interactions” Chem. Mater. 201729, 1156-1164 doi:10.1021/acs.chemmater.6b04506