15.12.2020

Eine Karte für die Potentialenergie-Landschaft

Forschungsgruppe widmet sich der Energielandschaft von Festkörpermaterialien.

Die Verknüpfung zwischen der Energielandschaft von Festkörper­materialien, deren Struktur auf atomarer Skala sowie der Dynamik des Ionen­transports, sind in der Chemie und Physik von großer Bedeutung. Diesem Thema widmet sich die neue Forschungs­gruppe „Energie­landschaften und Struktur in ionenleitenden Feststoffen“ (ELSICS), deren Sprecherschaft bei Karl-Michael Weitzel von der Philipps-Universität Marburg liegt. Die Deutsche Forschungs­gemeinschaft (DFG) fördert ELSICS zunächst für vier Jahre von 2021 bis 2024 mit insgesamt 2,3 Millionen Euro.
 

Abb.: Die Potential-Energielandschaft mobiler Ionen bestimmt die Funktion...
Abb.: Die Potential-Energielandschaft mobiler Ionen bestimmt die Funktion vieler Materialien, etwa im Bereich der Energie­speicherung und -konversion. (Bild: K.-M. Weitzel)

Ziel der Forschungsgruppe ist es, die Energie­verteilungen von Ionenplätzen in Festkörpern im Hinblick auf die Transport­eigenschaften aufzuklären. Der Verbund richtet den Fokus seiner Arbeit auf zwei Materialklassen: alkaliionen-basierte Materialien, die beispielsweise für die Energie­speicherung wichtig sind, sowie perowskitische Materialien, die unter anderem für Brennstoff­zellen verwendet werden. 

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, zum Beispiel die Ionenmobilität, haben höchst aktuelle Bedeutung und sind relevant bei der Energie­speicherung und -konversion. Das Verständnis von Struktur, Energie­landschaft und Ionentransport ist wesentlich, um verbesserte und neue Funktionalitäten mit wissens­basierter Methodik zu entwickeln.

„In der Forschungsgruppe wollen experimentelle und theoretische Arbeitsgruppen mit einer konzertierten Aktion die Energie­verteilungen von Ionenplätzen in Festkörpern auf Grundlage atomar aufgelöster Strukturen und in Verbindung mit Transport­eigenschaften quantifizieren“, erklärt Karl-Michael Weitzel, Sprecher der Forschungs­gruppe. Die Quantifizierung soll für amorphe Festkörper und Kristalle mit definierten Defekten sowie polykristalline Festkörper bzw. Bi-Kristallen mit Grenzflächen-dominiertem Ladungs­transport durchgeführt werden.

Die Forschungsgruppe enthält die Expertise experimenteller und theoretischer Arbeits­gruppen für die Modellierung kristalliner und amorpher Systeme. „Wir erwarten von den Studien die Entwicklung eines vereinheitlichten Bildes der Wechsel­beziehung zwischen Energie­landschaft, Struktur und Ionen­transport in Festkörper­materialien mit Vorhersagekraft“, sagt Weitzel.

U. Marburg / DE

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