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Ansprechpartner
Dr. Sylvio Indris
Gruppenleiter Funktionelle Komposit-materialien

sylvio indrisLkg9∂kit edu

Tel.: 0721 608-28508

Funktionelle Kompositmaterialien

In unserer Gruppe untersuchen Chemiker, Physiker und Materialwissenschaftler Materialien, die als Elektroden/Elektrolyte in Energiespeichersystemen (Batterien, Brennstoffzellen, …) eingesetzt werden können.
7Li-NMR-Spektren
7Li-MAS-NMR-Spektren von LiCoO2 bei verschiedenen Lithiierungsgraden und Zyklenzahlen. Man erkennt die hochreversible Oxidation/Reduktion von Co3+/4+ und auch den überlithiierten Zustand im Ausgangsmaterial und im tiefentladenen Zustand.
7Li-MAS-NMR-Messungen
7Li-MAS-NMR-Messungen an Li4Ti5O12 für verschiedene Lithiierungszustände, welche die reversible Umordnung der Li-Ionen in der Spinell-Struktur (8a ® 16c) während des Li-Ein-/Ausbaus offenbaren.
7Li-NMR-Spektren
7Li-NMR-Spektren eines LiAlO2-Einkristalls als Funktion der Temperatur. Aus der Koaleszenz der Quadrupolsatelliten lässt sich die Bewegung der Li-Ionen mit Hüpfraten zwischen 7.9∙103 und 1.6∙106 s-1 ablesen.

 Dabei werden verschiedene Synthesemethoden eingesetzt, u.a. Ko-Fällungsreaktionen, Sol-Gel-Methoden, Hydro-/Solvothermale Synthesen und Festkörperreaktionen. Nanokomposite bestehend aus Kohlenstoff-Nanofasern, welche mit oxidischen Aktivmaterialien dekoriert sind, werden durch Elektro-Spinning hergestellt.

Ein Schwerpunkt unserer Arbeiten liegt dabei auf Li-Ionen-Batterien. Das Ziel dabei ist das Verständnis der zu Grunde liegenden elektrochemischen Reaktionsmechanismen, welche beim Ein-/Ausbau in die Elektrodenmaterialien auftreten und welche für die Funktion und die Degradation der Batterien verantwortlich sind. Neben Standard-Batterietests verwenden wir Festkörper-NMR-Spektroskopie, Mössbauerspektroskopie, Röntgenabsorptionsspektroskopie und Beugungsmethoden, um die Veränderungen in der lokalen/langreichweitigen Struktur der Wirtsmaterialien und auch die Mobilität der Li-Ionen zu studieren. Abschließend  werden die Ergebnisse dieser grundlegenden Untersuchungen genutzt, um die Materialien in Bezug auf die Batterieeigenschaften zu optimieren.

Weitere Projekte beschäftigen sich mit der Protonen- und Sauerstoffionenmobilität in Elektrolyten, wie sie in SOFC- bzw. PEM-Brennstoffzellen eingesetzt werden. Diese Mobilität wird mit Hilfe von temperaturabhängiger 1H/2H- und 17O-NMR-Spektroskopie und -Relaxometrie untersucht.

 

 

[1] N. Schweikert, R. Heinzmann, A. Eichhöfer, H. Hahn, S. Indris, Solid State Ionics 226, 15 (2012).

[2] H. Hain, R. Heinzmann, M. Scheuermann, L. Wünsche, H. Hahn, S. Indris, Solid State Nucl. Magn. Reson. 42, 9 (2012).

[3] S. Indris, P. Heitjans, R. Uecker, B. Roling, J. Phys. Chem. C 116, 14243 (2012).


Elektrospinning

Herstellung von Elektroden durch Elektrospinning
Elektrospinning_1
Laborgerät für das Elektrospinning.
Elektrospinning_2
Ein Beispiel für ein mittels Elektrospinning hergestelltes Fasernetzwerk.

Elektroden für elektrochemische Anwendungen müssen verschiedene Funktionen erfüllen. So bilden sie die Matrix für die aktiven Spezies, beispielsweise für Lithium in Lithiuionen-Batterien. Außerdem müssen sie eine gute elektronische Leitfähigkeit aufweisen. Ein Material, welches erfolgreich als Trägermaterial in Brennstoffzellen und Lithiumionen-Batterien eingesetzt wurde, ist das elektrisch leitfähige Polymer PANI. Allerdings wurde der Einfluss der Morphologie – bei unveränderten chemischen Eigenschaften – auf die elektrochemischen Eigenschaften bisher nicht untersucht.

In diesem Projekt werden Netzwerke aus Polymeren in einem kontrollierten Prozess mittels Elektrospinning hergestellt. Diese werden Carbonisiert und mit verschiedenen Aktivmaterialien (bzw. Prokursoren) imprägniert, um einen optimalen Kontakt zwischen Elektronen- und Lithiumleitender Phase herzustellen. Durch diese Kombination sollen auch Materialien, die eine für eine Anwendung zu niedrige intrinsische Leitfähigkeit aufweisen, für Lithiumionen-Zellen verwendet werden. Durch geeignete Charakterisierungsmethoden werden das Zusammenspiel der verschiedenen Phasen und die Mikrostruktur der Elektroden im Detail analysiert.


Gruppenmitglieder
Name Titel Tel. E-Mail
M.Sc. +49 721 608 28502 weibo huaEmv6∂partner kit edu
Dipl.-Chem. +49 721 608 28505 christoph draegerEwo1∂kit edu
Dipl.-Chem. +49 721 608 28926 lars esmezjanUfr3∂kit edu
M.Sc. +49 721 608 28509 michael langHcs6∂kit edu
Dr. +49 721 608 28508 bjoern schwarzKvs7∂kit edu
M.Sc. +49 721 608 28506 florian sigelMul0∂kit edu