Akkumulatoren hoher Energiedichte mit ionenleitender Dünnfilmkeramik

Die Leitung von Elektronen ist zu einem alltäglichen Phänomen geworden, Haushalte nutzen Strom aus der Steckdose. In Halbleitern sind neben Elektronen auch Löcher bzw. Defektelektronen beweglich. Dies hat die Festkörperphysik revolutioniert und die heute bekannten modernen Computer und das Internet hervorgebracht. Bewegliche Ionen sind aus Lösungen und Salzschmelzen bekannt, und die elektrochemischen Anwendungen finden sich beispielsweise großtechnisch beim Galvanisieren wieder. Eher vergleichsweise noch wenig allgemein bekannt ist die Leitung von Ionen und Gitterfehlstellen (Defekten) in Festkörpern analog zu den Elektronen und Löchern in Halbleitern, obwohl die Festkörperelektrochemie als ein schon recht altes Gebiet gelten darf, das weit ins 19. Jahrhundert zurückreicht. Dies mag auch daran liegen, dass die Leitung von Ionen im Festkörper im Vergleich zu Elektronen in Metallen um Größenordnungen langsamer ist und daher entweder thermisch aktiviert werden muss (Sauerstoffionenleitung in Hochtemperaturbrennstoffzellen) oder erst in neu entdeckten anorganischen Verbindungen (keramischer Lithiumionenleiter bei Raumtemperatur) oder in dünnen Schichten in nutzbaren Leitfähigkeiten resultiert. Gerade bei dem letzten Gebiet eröffnen sich mit den modernen physikalisch-chemischen Abscheideverfahren dünner Schichten ganz neue Gebiete und Anwendungen, zumal in Festkörpern chemische Seitenreaktionen auf ein absolutes Minimum reduziert werden können, da sich die zur elektrochemischen Reaktion benötigten Ionen sehr oft in einem sonst starren und extrem reaktionsträgen Untergitter fortbewegen. Die vorliegende Arbeit – ausgezeichnet mit dem Fakultätspreis der Universität Kiel – behandelt die theoretischen und experimentellen Ansätze zum Aufbau von Energiespeichern hoher Energiedichte mit solchen ionenleitenden Dünnfilmkeramiken.