Laubach, Stefan (2009)
Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Elektronenstruktur der Interkalationsverbindungen NaV2O5, LiCoO2 und LiCoxNi1-xO2.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung
Kurzbeschreibung (Abstract)
In modernen wieder aufladbaren Batterien werden Interkalationsverbindungen als Kathodenmaterial eingesetzt. Die Wiederholung des Lade- und Entladevorgangs ist nicht unbegrenzt durchführbar, denn ab einer gewissen Anzahl von Lade-Entlade-Zyklen wird die für den jeweiligen Gebrauch erforderliche Mindestspannung nicht mehr erreicht, das Bauteil ermüdet. Um diesen Degradationsprozess aufzuklären und zu verstehen, wurden in dieser Arbeit die Kristall- und Elektronenstruktur der ausgewählten Interkalationsverbindungen NaV2O5, V2O5, LixCoO2 (0 < x < 1), und LiCoyNi1-yO2 im Detail analysiert. Zur Untersuchung der elektronischen Struktur von V2O5 und NaV2O5 wurde Rechnungen basierend auf der Dichtefunktionaltheorie (DFT), sowie Experimente der resonanten Photoelektronenspektroskopie (ResPES) durchgeführt. Hieraus wurden die partiellen Zustandsdichten und Partialladungen der einzelnen Ionensorten ermittelt. Zwischen den theoretischen und experimentellen Ergebnissen zeigte sich eine gut Übereinstimmung. Für LiCoO2 wurden analoge DFT-Rechnungen durchgeführt und mit bereits vorliegenden Ergebnissen photoelektronenspektroskopischer (PES) Messungen verglichen. Auch hier zeigte sich eine gute Übereinstimmung. Die strukturellen und elektronischen Änderungen bei der Ein – und Auslagerung von Li-Ionen und Elektronen aus LixCoO2 (0<x<1) wurden ebenfalls mit Hilfe der DFT simuliert und die Ergebnisse mit Strukturdaten aus der Röntgendiffraktometrie verglichen. Die experimentell beobachtete, signifikante Änderung des c-Gitterparameters bei der Li-Auslagerung konnte durch die Computersimulation wiedergegeben werden. Die Analyse der Zustandsdichten für unterschiedliche Li-Konzentrationen x in LixCoO2 zeigte eine Änderung der Hybridisierung zwischen den Kobalt 3d- und Sauerstoff 2p-artigen Zuständen und ein unterschiedliches Verhalten der Kobalt-Plätze beim Elektronentransfer. Für das Mischsystem LiCoyNi1-yO2 wurde überprüft, ob Pulverproben für die Aufklärung der Elektronenstruktur mit der PES und ResPES geeignet sind, und ob eine Zuordnung der Kobalt- und Nickelzustände im Valenzband des Spektrums möglich ist. Es zeigte sich, dass die hier verwendeten Pulverproben auf Grund zu starker Verunreinigungen hierzu nicht geeignet sind.
Typ des Eintrags: | Dissertation | ||||
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Erschienen: | 2009 | ||||
Autor(en): | Laubach, Stefan | ||||
Art des Eintrags: | Erstveröffentlichung | ||||
Titel: | Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Elektronenstruktur der Interkalationsverbindungen NaV2O5, LiCoO2 und LiCoxNi1-xO2 | ||||
Sprache: | Deutsch | ||||
Referenten: | Schmidt, Prof. Dr. P. C. ; Jaegermann, Prof. Dr. W. | ||||
Publikationsjahr: | 30 Juli 2009 | ||||
Datum der mündlichen Prüfung: | 24 November 2008 | ||||
URL / URN: | urn:nbn:de:tuda-tuprints-18642 | ||||
Kurzbeschreibung (Abstract): | In modernen wieder aufladbaren Batterien werden Interkalationsverbindungen als Kathodenmaterial eingesetzt. Die Wiederholung des Lade- und Entladevorgangs ist nicht unbegrenzt durchführbar, denn ab einer gewissen Anzahl von Lade-Entlade-Zyklen wird die für den jeweiligen Gebrauch erforderliche Mindestspannung nicht mehr erreicht, das Bauteil ermüdet. Um diesen Degradationsprozess aufzuklären und zu verstehen, wurden in dieser Arbeit die Kristall- und Elektronenstruktur der ausgewählten Interkalationsverbindungen NaV2O5, V2O5, LixCoO2 (0 < x < 1), und LiCoyNi1-yO2 im Detail analysiert. Zur Untersuchung der elektronischen Struktur von V2O5 und NaV2O5 wurde Rechnungen basierend auf der Dichtefunktionaltheorie (DFT), sowie Experimente der resonanten Photoelektronenspektroskopie (ResPES) durchgeführt. Hieraus wurden die partiellen Zustandsdichten und Partialladungen der einzelnen Ionensorten ermittelt. Zwischen den theoretischen und experimentellen Ergebnissen zeigte sich eine gut Übereinstimmung. Für LiCoO2 wurden analoge DFT-Rechnungen durchgeführt und mit bereits vorliegenden Ergebnissen photoelektronenspektroskopischer (PES) Messungen verglichen. Auch hier zeigte sich eine gute Übereinstimmung. Die strukturellen und elektronischen Änderungen bei der Ein – und Auslagerung von Li-Ionen und Elektronen aus LixCoO2 (0<x<1) wurden ebenfalls mit Hilfe der DFT simuliert und die Ergebnisse mit Strukturdaten aus der Röntgendiffraktometrie verglichen. Die experimentell beobachtete, signifikante Änderung des c-Gitterparameters bei der Li-Auslagerung konnte durch die Computersimulation wiedergegeben werden. Die Analyse der Zustandsdichten für unterschiedliche Li-Konzentrationen x in LixCoO2 zeigte eine Änderung der Hybridisierung zwischen den Kobalt 3d- und Sauerstoff 2p-artigen Zuständen und ein unterschiedliches Verhalten der Kobalt-Plätze beim Elektronentransfer. Für das Mischsystem LiCoyNi1-yO2 wurde überprüft, ob Pulverproben für die Aufklärung der Elektronenstruktur mit der PES und ResPES geeignet sind, und ob eine Zuordnung der Kobalt- und Nickelzustände im Valenzband des Spektrums möglich ist. Es zeigte sich, dass die hier verwendeten Pulverproben auf Grund zu starker Verunreinigungen hierzu nicht geeignet sind. |
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Alternatives oder übersetztes Abstract: |
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Freie Schlagworte: | DFT, Elektronenstruktur, Interkalationsverbindungen, Li-Ionen Batterien | ||||
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie | ||||
Fachbereich(e)/-gebiet(e): | 07 Fachbereich Chemie > Eduard Zintl-Institut > Fachgebiet Physikalische Chemie 07 Fachbereich Chemie |
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Hinterlegungsdatum: | 12 Aug 2009 08:50 | ||||
Letzte Änderung: | 05 Mär 2013 09:28 | ||||
PPN: | |||||
Referenten: | Schmidt, Prof. Dr. P. C. ; Jaegermann, Prof. Dr. W. | ||||
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: | 24 November 2008 | ||||
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