Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Batterie der Zukunft: Wissenschafter der TU Graz forschen an extrem schnellen Ionenleitern

15.07.2013
Erst seit April 2013 forschen Experten am Christian-Doppler-(CD)-Labor für Lithium-Batterien am Institut für Chemische Technologien von Materialien der TU Graz an den Batterien der Zukunft – und lassen bereits jetzt mit wegweisenden Ergebnissen aufhorchen

Mittels detaillierter Kernresonanzmessungen konnten sie die ultraschnelle atomare Dynamik eines hervorragenden Ionenleiters, der sich etwa für Festkörper-Batterien eignet, nachweisen. Feststoff-Lithium-Ionenbatterien gelten in punkto Speicherkapazität, Langlebigkeit und Sicherheit als große Hoffnungsträger. Die Ergebnisse der Doktorarbeit von Viktor Epp wurden kürzlich im renommierten Journal of Physical Chemistry Letters veröffentlicht.


Das CD-Labor der TU Graz untersucht ultraschnelle Ionenleiter für die Batterien der Zukunft. Im Bild: Testzellen für die elektrochemische Untersuchung von Lithium-Ionenbatterien.
TU Graz/ICTM

Nicht nur der nachhaltige Erfolg der Elektromobilität, auch die Entwicklung leistungsstärkerer Handys oder Notebooks stellen hohe Anforderungen an Batteriesysteme, die bei erhöhter Speicherkapazität und gleichbleibender Sicherheit immer langlebiger werden sollen. Feststoff-Lithium-Ionenbatterien zählen zu den Hoffnungsträgern in der Batterieforschung. Im Vergleich zu konventionellen Lithium-Ionenbatterien mit flüssigen Elektrolyten haben diese sogenannten „all-solid-state Batterien“ die Nase vorne, was Sicherheit, Lebensdauer und Temperaturbeständigkeit anbelangt.

Forscher aus den Bereichen Festkörperchemie, Physik und Materialwissenschaft suchen daher weltweit unter Hochdruck nach geeigneten Festkörper-Ionenleitern für den Einsatz in solchen Batterien. Viktor Epp vom Institut für Chemische Technologien von Materialien der TU Graz nahm im Rahmen seiner Dissertation das Sulfid Li6PS5Br genauer unter die Lupe, das in der Arbeitsgruppe von Hans-Jörg Deiseroth an der Universität Siegen präpariert wurde.

Mit der Methode der Lithium-Kernspinresonanzspektroskopie, wie sie im CD-Labor von der Arbeitsgruppe rund um Martin Wilkening betrieben wird, kam er zu einem erstaunlichen Ergebnis, das nun frühere, vorläufige Arbeiten bestätigt: Die Lithium-Ionen im untersuchten Sulfid bewegen sich unglaublich schnell. Damit qualifiziert sich Li6PS5Br als Spitzenreiter unter den Festelektrolyten, die für die Anwendung in Feststoffbatterien in Frage kommen.

„Hüpfende“ Atome: eine Milliarde Platzwechsel pro Sekunde

Die beobachteten „Hüpfprozesse“ der Atome in Li6PS5Br erwiesen sich als bemerkenswert: Mit Raumtemperatur-Sprungraten von mehr als einer Milliarde Platzwechsel pro Sekunde haben die Ionen im untersuchten Sulfid eine extrem hohe atomare Beweglichkeit. Auch in anderen Lithium-Verbindungen wurde eine solche Beweglichkeit nachgewiesen – allerdings sind viele der Materialien nicht nur ionisch, sondern auch elektronisch leitend und kommen daher für den Einsatz als Festelektrolyt nicht in Frage. Auf den ersten Blick funktioniert das Grundprinzip der elektrochemischen Energiespeicherung in einer Lithium-Ionenbatterie relativ einfach. Die Ionen bewegen sich während des Ladens und Entladens der Batterie zwischen den beiden Polen und durchqueren dabei strukturell unterschiedliche Materialien.

Bei einer Feststoff-Lithium-Ionenbatterie übernimmt ein Festkörper, wie zum Beispiel ein lithiumhaltiges Oxid oder ein Sulfid, die Rolle des leitenden Elektrolyten. „Je mehr wir über die Natur des Ladungsträgertransportes in Festkörpern wissen, desto klarer wird, welche Materialien sich optimal für die zukünftige Weiterentwicklung von Batterien eignen“, erklärt Martin Wilkening, der sich mit seinem Team im CD-Labor der Untersuchung von Mikrostrukturen und dynamischen Prozessen in neuen Batteriematerialien verschrieben hat.

Publikation im Journal of Physical Chemistry Letters:
“Highly Mobile Ions: Low Temperature NMR Directly Probes Extremely Fast Li+ Hopping in Argyrodite-type Li6PSe5Br”; V. Epp, O. Gün, H.-J. Deiseroth, M. Wilkening, J. Phys. Chem. Lett., 4 (2013) 2118.
Rückfragen:
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Martin Wilkening
Institut für Chemische Technologie von Materialien
E-Mail: wilkening@tugraz.at
Tel.: +43 (0) 316 873 32330
Mobil: +43 (0) 664 88 796 957

Alice Senarclens de Grancy | Technische Universität Graz
Weitere Informationen:
http://www.lithium.tugraz.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Riesen-Drehmomentsensor aus der PTB bringt Präzision vom Labor in den Prüfstand
24.11.2017 | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

nachricht Licht ermöglicht „unmögliches“ n-Dotieren von organischen Halbleitern
23.11.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Metamaterial mit Dreheffekt

Mit 3D-Druckern für den Mikrobereich ist es Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelungen ein Metamaterial aus würfelförmigen Bausteinen zu schaffen, das auf Druckkräfte mit einer Rotation antwortet. Üblicherweise gelingt dies nur mit Hilfe einer Übersetzung wie zum Beispiel einer Kurbelwelle. Das ausgeklügelte Design aus Streben und Ringstrukturen, sowie die zu Grunde liegende Mathematik stellen die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Science vor.

„Übt man Kraft von oben auf einen Materialblock aus, dann deformiert sich dieser in unterschiedlicher Weise. Er kann sich ausbuchten, zusammenstauchen oder...

Im Focus: Proton-Rekord: Magnetisches Moment mit höchster Genauigkeit gemessen

Hochpräzise Messung des g-Faktors elf Mal genauer als bisher – Ergebnisse zeigen große Übereinstimmung zwischen Protonen und Antiprotonen

Das magnetische Moment eines einzelnen Protons ist unvorstellbar klein, aber es kann dennoch gemessen werden. Vor über zehn Jahren wurde für diese Messung der...

Im Focus: New proton record: Researchers measure magnetic moment with greatest possible precision

High-precision measurement of the g-factor eleven times more precise than before / Results indicate a strong similarity between protons and antiprotons

The magnetic moment of an individual proton is inconceivably small, but can still be quantified. The basis for undertaking this measurement was laid over ten...

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungen

Forschungsschwerpunkt „Smarte Systeme für Mensch und Maschine“ gegründet

24.11.2017 | Veranstaltungen

Schonender Hüftgelenkersatz bei jungen Patienten - Schlüssellochchirurgie und weniger Abrieb

24.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinen über die eigene Handfläche steuern: Nachwuchspreis für Medieninformatik-Student

24.11.2017 | Förderungen Preise

Treibjagd in der Petrischale

24.11.2017 | Biowissenschaften Chemie