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).

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.