Theoretische Untersuchungen der Sauerstoff-Reduktion in nichtwässriger Lösung in Hinblick auf Lithiumbatterien

Die Sauerstoffreduktion in nichtwässriger Lösung ist der wichtigste, und bisher weitgehend unverstandene, Elementarschritt in Lithium-Luft Batterien. Diesen Schritt wollen wir theoretisch aufklären, wobei folgende Methoden zum Einsatz kommen: Dichtefunktionaltheorie (DFT) und Molekulardynamik (MD). Die Ergebnisse werden in einer von begründeten Theorie zur Elektrokatalyse verwendet. Zur Anwendung in nichtwässriger Lösung muss unsere Theorie weiterentwickelt werden. Ziel dieses Antrags ist vor allem der Austausch von wissenschaftlichen Personal. Neben den beiden Antragsstellern sollen junge Wissenschaftler für längere Zeit den jeweilgen Partner besuchen, dort an dem Projekt arbeiten und gleichzeitig neue Methoden kennenlernen. Das Projekt soll gleichzeitig der Vorbereitung einer größeren deutsch-argentini\-schen Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Lithiumbatterien dienen. Dazu werden wir uns mit argentinischen Kollegen auf einer Tagung in Buenos Aires beraten. Das Projekt läßt sich in folgende Aufgaben einteilen: (1) DFT Rechnungen für Sauerstoff an diversen Elektrodenmaterialien; hier wird die Energie und die Zustandsdichte des Sauerstoffs vor einer Metallelektrode als Funktion des Abstands berechnet. (2) Entwicklung eines Kraftfelds für DMSO vor den Elektrodenmaterialie. (3) Simulationen für Sauerstoffionen in DMSO, insbesondere Berechnung des Potential der mittleren Kraft (pmf). Dieses beschreibt die Änderung in der freien Solvatisierungsenergie, wenn sich das Ion der Elektrode nähert. (4) Berechnung der Potentialfläche für den ersten Schritt der Reduktion von Sauerstoff; daraus wird die Aktivierungsenergie und schließlich die Reaktionsgeschwindigkeit berechnet. Dies erlaubt uns zu bestimmen, welche Bedingungen günstig sind. (5) Betrachtung von Folgereaktionen. In der zur Verfügung stehenden Zeit können wir nur verschiedene Möglichkeiten ausloten.