Durch bewusst erzeugte „Löcher“ im Kristallgitter des Batteriematerials Lithium-Titanat (LTO, Li4Ti5O12) ist es Forschenden der TU Graz gelungen, in einen deutlich besseren Ionenleiter zu verwandeln. Werden einzelne Sauerstoffatome aus dem Kristallgitter entfernt, entstehen Leerstellen, die einen bisher blockierten Wanderungspfad für die Ionen freischalten. „Dieser Diffusionspfad ist im Material bereits durch die LTO-Struktur vorgeprägt, wird aber durch die Defektstruktur erst aktiviert“, erläutert Martin Wilkening vom Institut für Chemische Technologie von Materialien der TU Graz.
Um die Fehlstellen in LTO zu erzeugen, haben Wilkening und sein Kollege Bernhard Gadermaier das Lithium-Titanat in einer sauerstoffarmen Atmosphäre auf 300 °C erhitzt. „Durch dieses schonende Erhitzen werden einzelne Sauerstoffatome aus dem Kristallgitter entfernt“, erklärt Wilkening. „Die entstehenden anionischen Leerstellen im Kristallgitter haben einen direkten Einfluss auf die Bewegungsmöglichkeiten der Lithium-Kationen und machen aus dem ursprünglich schlechten einen deutlich besseren Ionenleiter. Am Beispiel LTO zeigt sich der enorme Einfluss von atomaren Defektstrukturen auf die makroskopische Funktion eines Materials besonders deutlich.“
Die schnelle Ionenleitung konnten die Forschenden durch die Kombination von Leitfähigkeitsspektroskopie und Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) experimentell nachweisen. Den direkten experimentellen Nachweis des neu aktivierten atomaren Diffusionspfads lieferten dabei die NMR-Messungen. (jr)
