Entwicklung und Anwendung moderner Festkörper-NMR- Strategien zur strukturellen und dynamischen Charakterisierung von Elektroden- und Elektrolytmaterialien

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Das hier beschriebene Teilprojekt beschäftigt sich mit der Charakterisierung von hochkapazitiven Anodenmaterialien mittels Festkörper-Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR = Nuclear Magnetic Resonance). Im Gegensatz zu allen anderen Untersuchungsmethoden im Gesamtprojekt PAK 177 bietet einzig die Festkörper-NMR die Möglichkeit, elementspezifisch die lokale Umgebung der Aktiv- und Elektrolytmaterialien zu untersuchen. Neben einer sehr hohen Auflösung der unterschiedlichen Bindungszustände von Atomen wie z.B. Li, C, Si, F, P, Al oder B, mittels magic angle spinning (MAS-) NMR ermöglicht die Messung und Quantifizierung von homo- und heteronuklearen magnetischen Dipol-Dipol-Wechselwirkungen die Aufklärung detaillierter Abstandsbeziehungen (und –Verteilungen) auf diversen Längenskalen. Diese Methoden sollen im beantragten Projekt erstmalig für Anwendungen auf potentielle Elektrodenmaterialien (Li-Silizide und Aluminide) etabliert und eingesetzt werden, um in elektrochemisch zyklisierten Proben die strukturellen Konsequenzen der Lithiierung und Delithiierung zu untersuchen. In einem weiteren Projektteil soll mit diesen NMR-Methoden auch das Dissoziationsverhalten von und die Ionenbeweglichkeit in neuen Elektrolytsystemen charakterisiert werden. Die in der ersten Projektphase begonnene Entwicklung von NMR-hardware für in-situ- Untersuchungen soll fortgeführt und zur Charakterisierung der Be- und Entladungsprozesse von Anodenmaterialien eingesetzt werden.