Westfälische Wilhelms-Universität Münster: Forschungsbericht 2003-2004 - Institut für Materialphysik

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2003 - 2004

 

 
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Institut für Materialphysik

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48149 Münster
Direktor: Prof. Dr. Helmut Mehrer

Forschungsschwerpunkte 2003 - 2004  
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Ionic Motion in Materials with Disordered Structures
Ionic Transport in Polymer Electrolytes of Variable Composition

 
Polymer electrolytes are used as ion conducting materials in batteries for laptops and cellular telephones. Necessary improvements in the performance of the polymer electrolytes are hindered by a lack of basic knowledge about the ion transport mechanisms. The project determines the diffusion behaviour of each individual ion species and the overall electrical conductivity with the aid of radiotracer techniques and impedance spectroscopy, respectively.

We studied ion transport in amorphous PEO30NaI consisting of polyethylene oxide (PEO) and sodium iodide in a Na-to-O ratio of 30. Depth profiles of 22Na and 125I were measured by means of microtome sectioning after diffusion annealing in the temperature range from 67 to 180oC. The 125I diffusivity exceeds the 22Na diffusivity at all temperatures investigated. In contrast to both tracer diffusivities, the dc conductivity exhibits a pronounced Vogel-Tamann-Fulcher behavior reflected by a downward curvature in the Arrhenius plot. As a consequence, the charge diffusivity as calculated from the dc conductivity increasingly falls below the sum of the Na and I tracer diffusivity with increasing temperature. Evaluating simultaneously all experimental data within a combined single-ion/ion-pair diffusion model yields not only the true diffusion coefficient of all individual species but also the ion-pairing reaction constant as a function of temperature.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 458)

Beteiligte Wissenschaftler:

Dipl. Phys. Sh. Obeidi, PD Dr. N.A. Stolwijk (project leader), Prof. Dr. H.-D. Wiemhöfer (Anorganisch-Chemisches Institut, WWU), M. Wiencierz

Veröffentlichungen:

N.A. Stolwijk and Sh. Obeidi
Radiotracer Diffusion and Ionic Conduction in a PEO-NaI Polymer Electrolyte
Phys. Rev. Lett. 93 (2004) 125901

Sh. Obeidi, B. Zazoum, and N.A. Stolwijk
Ionic Tracer Diffusion and dc Conductivity in the Polymer Electrolyte PEO30NaI
Solid State Ionics 173 (2004) 77-82

L. N.A. Stolwijk and Sh. Obeidi
A Model for Diffusion and Ionic Conduction in Polymer Electrolytes
Defect and Diffusion Forum 237-240 (2005) 1004-15

 

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