Ionentransport in Energiematerialien

Mit NMR lassen sich nicht nur die Diffusionskoeffizienten, sondern auch die Korrelationsfunktionen und Spektraldichten dieser Bewegung direkt messen. Temperaturabhängige Analysen liefern dann die Energielandschaft des Ionentransports. Wir verwenden diese Möglichkeiten z.B. zur Untersuchung des Ladungstransports in Glas-Keramiken, die sich durch vielversprechend hohe Ionenleitfähigkeiten auszeichnen. Unsere Studien belegen, dass häufig eine sehr breite Verteilung von Aktivierungsenergien für die Sprünge vorliegt. Verschiedene Ionen weisen somit sehr unterschiedliche Sprungraten auf, was bei der theoretischen Beschreibung des Ladungstransports in Batteriematerialien berücksichtigt werden muss.

Hierbei separiert eine wasserhaltige Polymermembran, z.B. Nafion, als integraler Bestandteil nicht nur Anode und Kathode, sondern ermöglicht auch den für die Funktion essentiellen Transport von Protonen. Der Mechanismus der Protonenbewegung in der Polymermatrix ist aber trotz intensiver Forschungsbemühungen nicht vollständig verstanden. Insbesondere wird kontrovers diskutiert, auf welche Weise das aufgenommene Wasser die Beweglichkeit der Protonen erhöht. Wir untersuchen Polymermembrane mit verschiedenen Zusammensetzungen und Wassergehalten und nutzen die Isotopenselektivität der NMR, um sowohl Protonen- als auch Sauerstoffdiffusionskoeffizienten zu messen und auf diese Weise z.B. der Frage nachzugehen, ob die Protonen die Wassermoleküle als Vehikel benutzen.