Strukturelles und dynamisches Umfeld von Kationen in Glas

Trotz des hohen Interesses an nichtkristallinen Festkörperelektrolyten für Anwendungen in der Batterietechnik ist der Mechanismus der Ionenleitung in diesen Materialien noch weitgehend unverstanden. Letzteres erfordert den Einsatz des vollen Spektrums dynamischer NMR-Methoden, die sich zur Charakterisierung von Bewegungsprozessen im Festkörper eignen. Diese Ergebnisse werden gezielt mit Daten zur räumlichen Verteilung der beweglichen Kationen korreliert. Neuere Untersuchungen haben gezeigt, daß sich die Kationenverteilung in Natriumsilikatgläsern durch Messung des 23Na-Spin-Echo-Abfalles quantitativ charakterisieren läßt. Von besonderem Interesse ist der sogenannte "Mischalkalieffekt", der eine Behinderung des Ionentransports in Gläsern beschreibt, in denen mehr als eine Art beweglicher Spezies (Ionen) vorliegen. Die strukturellen Grundlagen dieses Effektes werden z.Z. untersucht, mit Hilfe dipolarer NMR-Doppelresonanz-Methoden, welche genauere Informationen über Kernabstände und deren Verteilungen liefern können. Die Messungen erstrecken sich sowohl auf kationenleitende als auch anionenleitende Systeme. Zusätzliche Untersuchungen finden an Materialien statt, die aussichtsreiche Anwendungen als Kathoden oder Anoden in Festkörperbatterien versprechen.

Drittmittelgeber:

Deutsche ForschungsgemeinschaftG, SFB 458

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. Hellmut Eckert, Prof. Dr. Klaus Funke, Dr. Jerry C.C. Chan, Dr. Sophia Hayes, Dr. Eva Ratai, Dr. Michael Witschas, Dipl.-Chem. Stefan Elbers, Cand.-Chem. Jan-Dirk Epping, Cand.- Chem. Thorsten Torbrügge

Veröffentlichungen:

Sophia E. Hayes, Hellmut Eckert, William R. Even, Jr.; R. Guidotti: Structural and Electrochemical Characterization of Glassy Carbon Prepared from Silicon-Doped, Poly-Methacrylonitrile/Divinylbenzene Copolymer, J. Electrochem. Soc. 146, 2435-2442, 1999

M. Witschas, H. Eckert: 31P and 23Na Solid State NMR Studies of Cation Dynamics in HT-Sodium Ortho-Phosphate and the Solid Solutions (Na2SO4)x-(Na3PO4)1-x, J. Phys. Chem. A 103, 10764-10775, 1999

M. Janssen, H. Eckert: 11B{23Na} Rotational Echo Double Resonance NMR: A New Approach for Studying the Spatial Cation Distribution in Sodium Borate Glasses, Solid State Ionics, 136-137, 1007-1014, 2000

L. van Wüllen, H. Eckert, G. Schwering: Structure-Property Correlations in Lithium Phosphate Glasses: New Insights from 31P « 7Li Double Resonance NMR, Chem. Mater., 12, 1840-1846, 2000

M. Witschas, H. Eckert, D. Wilmer, R.D. Banhatti, K. Funke, R.E. Lechner, J. Fitter, G. Korus, M. Jansen: Anion Rotation and Cation Transport in Plastic Crystals - Paddle-Wheel Mechanism Redefined in View of New Experimental Results, Z. Phys. Chem., 214, 5, 643-673, 2000.

J. C.C. Chan, H. Eckert: High-Resolution 27Al-19F Solid-State Double resonance NMR Studies of AlF3-BaF2-CaF2 glasses, J. Noncryst. Solids, 2001, in Druck

M. Witschas, H. Eckert, H. Freiheit, A. Putnis, G. Korus, M. Jansen: Anion Rotation and Cation Diffusion in Low-Temperature Sodium Orthophosphate: Results from Solid State NMR, J. Phys. Chem., 2001, in Druck