NSF-DFG MISSION: In-situ-Analyse des Li-Transports durch Festkörper-Grenzflächensysteme mittels Neutronenreflektometrie

• Antragsteller: Dr. Erwin Hüger
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540944754

Ziel dieses Projekts ist es, zu untersuchen und zu verstehen, wie Grenzflächen den Li-Transport in nanoskaligen Systemen beschleunigen können. Dies wird im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen amerikanischen (numerische Modellierung) und deutschen (Experimente) Forschern geschehen. In-situ-Messungen mit Neutronenreflektometrie (NR) und numerische Modellierung werden kombiniert. Als Modellsystem werden Si/Li3NbO4-Multilagen gewählt. Die experimentelle Technik der NR und die theoretische Analyse der Messergebnisse werden weiterentwickelt, um die in-situ Li-Permeation durch Grenzflächen und dünne Schichten während (i) Temperaturrampen, (ii) Elektronenflutung und (iii) Flutung mit Li+ Ionen durch elektrochemische Lithiierung zu verfolgen. Charakteristische Aktivierungsenergien, die den Li-Transport steuern, werden aus temperaturabhängigen Messungen extrahiert. Die Multilagen werden als aktives Elektrodenmaterial für den Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) verwendet, und es wird geprüft, ob die aus den Li-Transportuntersuchungen gewonnenen Erkenntnisse mit der Performance der Multilagen korrelieren. An allen Grenzflächen können mechanische Spannungen und Raumladungsschichten vorhanden sein, die den Li-Transport, den Ladungstransfer und die Speichereigenschaften verändern können. In den In-situ-NR-Experimenten wird untersucht, ob ein zusätzlicher Li+ Speichermechanismus an der Grenzfläche vorhanden ist. Alle Experimente werden von numerischer Modellierung begleitet, die eine Analyse der experimentellen Daten ermöglichen und dazu beitragen sollen, die Gründe für die beschleunigte Li-Permeation zu finden. Die Ergebnisse des Projekts können für die Gestaltung von Grenzflächen verwendet werden, die für die Freisetzung von Medikamenten in Arzneimitteln und/oder Elektroden in Lithium-Ionen-Batterien wichtig sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Partnerorganisation: National Science Foundation (NSF)
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Harald Schmidt
• Kooperationspartner: Professor Dr. Fuqian Yang