Neue Einblicke in Zink-Ionen-Leitung: DFG-Projekt „SPINELLE“

Grundlagenforschung zu Transportprozessen in Spinell-Oxiden für zukünftige Energiespeicher

01. Juli 2026 – Am Helmholtz-Institut Münster (HI MS) des Forschungszentrums Jülich startet das neue DFG-geförderte Forschungsprojekt „SPINELLE“. Ziel des Vorhabens ist es, grundlegende Mechanismen des Ionen- und Elektronentransports in zinkleitenden Oxiden mit Spinellstruktur systematisch zu untersuchen und besser zu verstehen.

Das Projekt (Förderkennzeichen 573589769) wird in enger Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Roger De Souza von der RWTH Aachen University durchgeführt und hat eine geplante Laufzeit vom 01. Juli 2026 bis zum 30. Juni 2029.

Maßgeschneiderte Materialien durch besseres Verständnis

Spinell-Oxide mit der allgemeinen Formel AB₂O₄, wobei A und B meist zwei- bzw. dreiwertige Metalle und O Sauerstoff ist, bieten vielfältige Möglichkeiten, ihre Eigenschaften gezielt anzupassen. Im Rahmen des Projekts „SPINELLE“ wird untersucht, wie sich die elektrische und ionische Leitfähigkeit durch Variation der chemischen Zusammensetzung beeinflussen lässt – und zwar durch Veränderung der Kationen auf dem A- und B-Platz sowie eine teilweise Substitution des Sauerstoffions durch Fluorid.

Ziel ist es, die zugrunde liegenden Transportmechanismen so genau zu verstehen, dass Materialien künftig gezielt für unterschiedliche Anwendungen maßgeschneidert werden können – etwa für Batterien mit hoher Leistungsfähigkeit oder für Anwendungen in der Photokatalyse.

Forschungslücke bei Zink-Ionen-Transport

Während einzelne Materialien wie Zink-Mangan-Oxid bereits untersucht wurden, fehlt bislang ein umfassendes Verständnis der Zink-Ionenleitung auf Materialebene. Bisherige Studien konzentrierten sich häufig auf komplette Batteriezellen, in denen viele Einflussfaktoren gleichzeitig wirken.

Das Projekt setzt genau hier an: Durch eine theoriegestützte und experimentelle Untersuchung der Materialien selbst sollen die grundlegenden Transportprozesse isoliert betrachtet und aufgeklärt werden. Dies ist eine wichtige Voraussetzung, um die Leistungsfähigkeit zukünftiger Batteriesysteme gezielt verbessern zu können.

Kombination aus Experiment und Simulation

Die Zusammenarbeit im Projekt verbindet komplementäre Expertisen: Während am Helmholtz-Institut Münster Materialien synthetisiert, strukturell analysiert und elektrochemisch charakterisiert werden, bringt die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. De Souza umfassende Kompetenzen in der Simulation und experimentellen Untersuchung von Ionentransportprozessen ein.

Diese enge Verzahnung ermöglicht es, theoretische Vorhersagen direkt experimentell zu überprüfen und so ein besonders tiefgehendes Verständnis der Transportmechanismen zu entwickeln.

Beitrag des Helmholtz-Instituts Münster

Das Team am Helmholtz-Institut Münster übernimmt unter anderem die folgenden zentralen Aufgaben des Projekts „SPINELLE“:

• die Synthese neuer Spinell-Materialien
• strukturelle Analysen
• die Bestimmung von Ionen- und Elektronenleitfähigkeiten
• sowie die elektrochemische Charakterisierung ausgewählter Materialien auf Zellebene

Mit dem Projekt leistet das Institut einen wichtigen Beitrag zur Grundlagenforschung im Bereich neuer Batteriematerialien und stärkt gleichzeitig die Entwicklung zukünftiger Energiespeichertechnologien.