Sauerstoffionenbatterien (OIBs) sind eine vielversprechende Alternative zu konventionellen Batterietechnologien für stationäre Anwendungen. Bei intermediären Temperaturen betrieben, verwenden sie gemischt ionisch-elektronisch leitende Materialien wie sie auch in Festoxid-Brennstoff- und Elektrolysezellen zu finden sind. OIBs sind nicht brennbar, enthalten weniger toxische Komponenten und sind lithiumfrei. Ihre Funktion basiert auf dem Sauerstoffaustausch über einen oxidionenleitenden Elektrolyten, was Elektroden mit hoher Kapazität und Stabilität bei niedrigen Spannungen erfordert.Ein untersuchtes Anodenmaterial, LSCrMn (La1-xSrxCryMn1-yO3-δ), sollte im Stande sein die Stabilität von Cr und die Kapazität von Mn zu vereinen. Diese Arbeit untersucht, wie variierte Dotierungsverhältnisse, konkret mehr Cr, weniger Cr und mehr Sr, die Elektrodeneigenschaften beeinflussen. Es wurden Dünnschichtelektroden hergestellt und mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) sowie Lade-Entlade-Messungen charakterisiert.Maxima in der chemischen Kapazität, bestimmt aus den EIS-Messungen, stimmten mit Plateaus in den Lade-Entlade-Kurven aller Proben überein. Während ihre Positionen stabil blieben, variierten die Höhen und korrelierten mit Unterschieden in der Batteriekapazität. Diese gemessenen Maxima wurden der schrittweisen Mn-Reduktion (Mn4+ → Mn3+ → Mn2+) zugeschrieben, wodurch die genutzte Messmethoden validiert werden konnte. Die Unterschiede in der Höhe der Maxima unterstreichen die Rolle von Zusammensetzung und kristallographischer Struktur im elektrochemischen Verhalten.Obwohl zeit- und ressourcenintensiver, lieferte die Rekonstruktion von Lade-Entlade-Kurven aus EIS-Messungen weniger fehleranfällige Ergebnisse und milderte die durch Überpotenziale verursachten Probleme. Während die Ergebnisse dieser Messungen die aktuellen Modelle zur Rolle der Kationen nicht vollständig bestätigen konnten, zeigte die Studie beeindruckende Elektrodenkapazitäten. Weitere Untersuchungen variierter Zusammensetzungen könnten tiefere Einblicke in die Cr-Dotierungseffekte liefern und die OIB-Leistung optimieren.
Michael Greibich (Sun,) studied this question.