Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und dem Verständnis von Komposit-Festkörperelektrolyten für Lithium Ionen-Batterien und der Rolle von Perowskit-Materialien als bifunktionale Katalysatoren für die Sauerstoffreduktions- und Sauerstoffentwicklungsreaktion für ihre Anwendung in Brennstoffzellen und Metall-Luft-Batterien. Die Materialsynthese von Lithium-Granaten und bariumreichen Kobaltaten und Ferraten erfolgt durch vernebelte Sprühpyrolyse, die Partikelmorphologien und -größen liefert, die sich als vorteilhaft für ihren Einsatz in solchen energiebezogenen Anwendungen erweisen könnten. Lithium-Ionen-Batterien mit Festelektrolyten sind in der Lage, die Anforderungen mobiler Fahrzeuge an eine hohe Energiedichte zu erfüllen und bieten darüber hinaus eine höhere Sicherheit. Obwohl im Laufe der Jahre eine Vielzahl verschiedener anorganischer und organischer Festelektrolyte für den Einsatz in solchen Batterien erforscht wurde, weist jeder dieser Elektrolyte inhärente Probleme auf, wie z. B. einen hohen Ladungsübergangswiderstand an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt, mechanische und chemische Instabilitäten an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt, eine geringere Ionenleitfähigkeit im Vergleich zu flüssigen Elektrolyten und vor allem Anfälligkeit für Feuchtigkeit. In dieser Hinsicht können Verbundelektrolyte, die eingebettete anorganische keramische Füllstoffe und ein Polymer plus Li-Ionen-Matrix enthalten, von der hohen Li-Ionen-Leitfähigkeit und dem breiten elektrochemischen Betriebsfenster der anorganischen Füllstoffe profitieren, während das Polymer gute mechanische Eigenschaften bieten kann, was zu einem geringen Grenzflächenwiderstand zwischen Elektrode und Elektrolyt führen kann. Am wichtigsten ist, dass Komposit-Elektrolyte mechanische Stabilität gegenüber metallischen Lithium-Anoden bieten können, die die "Holy grail“-Anoden für Lithium-Ionen-Batterien in festem Zustand sind. In dieser Arbeit wurden sowohl Li-Ionen-aktive als auch inerte keramische Füllstoffe verwendet, um Komposit-Elektrolyte über einen lösungsmittelfreien Ansatz herzustellen, im Gegensatz zu konventionellen lösungsmittelbasierten Ansätzen, bei denen ein keramischer Füllstoff zunächst in einem Lösungsmittel wie Acetonitril dispergiert und dann das Li-Ionen-Salz und das Polymer hinzugefügt wurde. Andererseits, ermöglicht Kryomahlen als lösungsmittelfreier Ansatz, die Exposition empfindlicher keramischer Füllstoffe wie Granate gegenüber Feuchtigkeit zu verhindern und die Erhitzungsschritte nach der Membranherstellung zur Entfernung des Lösungsmittels zu begrenzen. Mischungen von Komposit-Elektrolyten, die von "Keramik in Polymer" bis "Polymer in Keramik" reichen, wurden untersucht, um die Rolle der Füllstoffgröße, der Füllstoffzusammensetzung und des Gewichtsanteils von Füllstoff und Polymer auf die Li-Ionen-Leitfähigkeit mit Hilfe der elektrochemischen Impedanzspektroskopie zu ermitteln. Im Allgemeinen wird festgestellt, dass die Ionenleitfähigkeit mit zunehmendem Gewichtsanteil der Keramik abnimmt und je nach Gewichtsanteil des Füllstoffs im Verhältnis zum Polymer alternative Li-Ionen-Transportpfade zugänglich werden. Es wird versucht, die Li-Ionen-Transportwege in Komposit-Elektrolyten mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass in polymerreichen Kompositelektrolyten die Zusammensetzung des Füllstoffs im Vergleich zur Partikelgröße und -morphologie von geringerer Bedeutung ist, während bei keramikreichen Kompositelektrolyten die intrinsische Leitfähigkeit der Keramik eine wichtige Rolle für die Ionenleitfähigkeit spielt. Darüber hinaus wird die chemische Kompatibilität der Granat/PEO-Grenzfläche mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie untersucht, was auf die Notwendigkeit hinweist, die chemische Stabilität dieser Grenzfläche zu verbessern, um granatreiche Kompositelektrolyte zu realisieren. Zur Verbesserung der Ionenleitfähigkeit in den granatreichen Verbundelektrolyten wird eine neuartige Idee vorgestellt, die auf der PEO-Infiltration eines porösen, mit Aluminium dotierten Granatnetzwerks basiert, das vor dem Erhitzen behandelt wurde. Ein solches poröses Dünnschichtnetzwerk wird durch die Verwendung von Granatpulvern aus der Sprühpyrolyse und anschließendem Spin Coating hergestellt. Ein vorgewärmtes Grundgerüst würde im Prinzip die Widerstände des Li-Ionen-Transports an der Grenzfläche zwischen den Partikeln im Vergleich zu einem losen mechanischen Kontakt der Granatpartikel in den partikelbasierten Verbundelektrolyten begrenzen. Die poröse Mikrostruktur der Granatdünnschichten und die erfolgreiche Polymerinfiltration werden durch die Rasterelektronenmikroskopie bestätigt. Die Polymerinfiltration führt zu einer Leitfähigkeit von 5.3 x 10-7 S cm-1 bei 298 K, die um sechs Größenordnungen höher ist als die des ursprünglichen aluminiumdotierten Granatdünnfilms und um eine Größenordnung höher als die des partikelbasierten aluminiumdotierten Granat enthaltenden Verbundelektrolyten mit einem ähnlichen Gewichtsverhältnis von Füllstoff zu Polymer. Die Vielseitigkeit der Pulversynthese durch vernebelte Sprühpyrolyse ermöglicht auch die Herstellung neuer bariumreicher Kobaltate und Ferrate auf Perowskit-Basis, die als bifunktionale Katalysatoren für Sauerstoffreduktions- und Sauerstoffentwicklungsreaktionen eingesetzt werden können. Die Entwicklung neuer bifunktionaler Katalysatoren ist wichtig, um die träge Kinetik der Sauerstoffreduktions- und Sauerstoffentwicklungsreaktion zu überwinden. Vernebelte Sprühpyrolyse bietet hier den Vorteil der Synthese von Nanopartikeln mit einer großen Oberfläche, die sich als vorteilhaft für die katalytische Leistung erweisen kann. Unter Verwendung von vernebelte Sprühpyrolyse als Synthesetechnik wurden zum ersten Mal Serien von Verbindungen mit der Zusammensetzung BaFe1-xCoxO3-y-δ(OH)y synthetisiert und untersucht. Es wurde festgestellt, dass die gesamte Serie in der orthorhombischen Raumgruppe Cmcm kristallisiert. Iodometrische Titration und Mössbauer-Spektroskopie zeigten, dass Co in Bezug auf seinen Oxidationszustand flexibler ist und je nach Co-Gehalt im Zustand 2+/3+ vorliegt, während Fe unabhängig von der Zusammensetzung den Oxidationszustand 3+ beibehält. Impedanzstudien deuten auf eine verbesserte elektronische Leitfähigkeit hin, wenn der Co-Gehaltzunimmt. Die Leitfähigkeit der x=1 Zusammensetzung beträgt 10-4 S cm-1 bei 298 K und ist damit um vier Größenordnungen höher als bei der x=0 zusammensetzung. Außerdem wurde die gesamte Serie auf ihre bifunktionale katalytische Leistung bei der Sauerstoffreduktions- und Sauerstoffentwicklungsreaktion untersucht. Um die Bedeutung von vernebelte Sprühpyrolyse für die Synthese solcher Oxid-Hydroxid-Phasen hervorzuheben, wurde versucht, ähnliche Zusammensetzungen im Festkörperverfahren zu synthetisieren. In diesem Zusammenhang wurden zwei neue Phasen gefunden, über die bisher noch nicht berichtet wurde. i) BaCoO2.67 mit Co in gemischter 3+/4+ Oxidationsstufe und drei verschiedenen Koordinationsumgebungen, d.h. 4-, 5- und 6-fach. Diese Phase wird durch topochemische Oxidation von BaCoO2.46 synthetisiert. Die Struktur ist isotypisch zu BaFeO2.33F0.33 und BaFeO2.67, die beide in der monoklinen Raumgruppe P21/m kristallisieren, welche über Gruppen-Untergruppen-Beziehungen mit der kubischen Aristotypstruktur mit der Raumgruppe Pm-3m verwandt ist. Die gemischte Valenz von Co führt zu einer elektronischen Leitfähigkeit in der Größenordnung von 10-4 S cm-1 bei 298 K, die derjenigen des x=1 Mitglieders der Serie BaFe1-xCoxO3-y-δ(OH)y ähnelt. Interessanterweise wurde festgestellt, dass die Sauerstoffreduktions- und Sauerstoffentwicklungsaktivität dieser Verbindung mit der des Benchmark-Perowskit-Katalysators Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ vergleichbar ist, was auf den intermediären Spinzustand von Co3+ zurückzuführen sein könnte, der zu der elektronischen Konfiguration t2g5eg1 führt. ii) Eine neue hochgradig sauerstoffdefiziente tetragonale BaCoO2+δ Phase mit quadratisch-planarer Koordination von Co2+ wurde zum ersten Mal synthetisiert. Die Struktur und deren magnetische und elektronische Eigenschaften werden diskutiert. Diese neue Modifikation unterscheidet sich von der bereits bekannten triklinen Modifikation von BaCoO2 mit vierfacher tetraedrischer Koordination von Co2+. Obwohl die Verbindung aufgrund ihrer metastabilen Beschaffenheit nicht auf ihre katalytische Aktivität hin charakterisiert werden konnte, deutet das aus den Neutronendaten gewonnene magnetische Moment (3,7 μ_B) auf einen hohen Spinzustand für Co2+ hin, was eine eg Besetzung von 2 für diese Verbindung impliziert, während 1 für einen guten bifunktionalen Katalysator erwünscht ist. Interessanterweise ist dies der erste Bericht über die Hochtemperatursynthese einer solchen hochgradig sauerstoffarmen Perowskit-Phase, die traditionell über die Niedertemperatur-Hydrid-Reduktionsmethode synthetisiert wurde.