Ionen-Bombardement bringt doppelten Nutzen

Physikochemiker der Philipps-Universität können sich über die Förderung  ihrer Forschungsarbeit zum Transport von Ionen freuen: Die Arbeitsgruppe von Professor Dr. Karl-Michael Weitzel erhält knapp 400.000 Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, um den Ionentransport durch Festkörperelektrolyte zu studieren; die Doktorandin Veronica Wesp wurde mit einem Kekulé-Stipendium des Fonds der Chemischen Industrie ausgezeichnet.

Kekulé-Stipendiatin Veronika Wesp, Doktorand David Budina (links) und Professor Dr. Karl-Michael Weitzel (Mitte) präsentieren ein Ionen-Spektrometer. (Foto: AG Weitzel)

„Der Ionentransport durch Festkörperelektrolyte ist zentraler Bestandteil der Forschung in den Bereichen Energiekonversion und Energiespeicherung“, erklärt Weitzel zur Bedeutung des Forschungsgebietes; „der Ionentransport durch Biomembrane bildet die Basis für Sinneswahrnehmungen“.

Die beiden geförderten Projekte nutzen eine kürzlich in der Gruppe von Weitzel entwickelte Methode zur Bestimmung der Ionenleitfähigkeit. „Das Verfahren basiert auf dem Bombardement eines Festkörperelektrolyten oder einer Membran mit einem Alkali-Ionenstrahl“, erläutert der Chemiker. Da Ionen elektrisch geladen sind, führt ihre Anlagerung auf der Vorderseite der Probe dazu, dass sich gegenüber der Rückseite ein doppeltes Gefälle ausbildet, nämlich zum einen ein Gradient zwischen Oberflächenpotential und Rückseitenpotenzial sowie zum anderen ein Konzentrationsgradient; der Ausgleich dieses Ungleichgewichts geht mit einem Ionentransport einher – es fließt Strom.

Mittels einer Elektrode auf der Rückseite lässt sich der Strom messen, der durch die Probe fließt. Durch eine Kombination von Methoden können die Diffusionsprofile quantitativ durch die gesamte Probe hindurch vermessen werden. „Dabei frisst sich ein Analyse-Strahl sozusagen langsam durch die Probe“, schildert Weitzel das Verfahren. „Dadurch erhält man letztlich im wahrsten Sinne des Wortes Zugang zur inneren Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Elektrode.“ Mit der inneren Grenzfläche sind bedeutende, aktuelle Fragestellungen verknüpft, unter anderem in der Batterieforschung.

Die Experimente werden durch theoretische Studien begleitet. Von ihnen erwarten sich die Wissenschaftler ein besseres Verständnis der elektrochemischen Prozesse an inneren Grenzflächen.

Das Kekulé-Stipendium des Fonds der Chemischen Industrie fördert Doktoranden des Faches Chemie oder angrenzender Gebiete, um den besten Nachwuchs im Chemiebereich zu unterstützen . Voraussetzung für die Vergabe ist, dass hervorragende Studienleistungen in kürzester Studienzeit erbracht werden.

Weitere Informationen:

Ansprechpartner: Prof. Karl-Michael Weitzel,
Fachgebiet Physikalische Chemie
Tel.: 06421 28-22360, -22361
E-Mail: weitzel@chemie.uni-marburg.de
Internet: www.uni-marburg.de/fb15/ag-weitzel