Superionenleiter

Super|ionenleiter,

 

Supra|ionenleiter, Festkörper, die in einem breiten Temperaturintervall unterhalb des Schmelzpunktes eine den flüssigen Elektrolyten und Salzschmelzen vergleichbare reine Ionenleitfähigkeit (Ionenleitung) besitzen und damit die Leitfähigkeit normaler Ionenkristalle, z. B. von festem Kochsalz, um mehrere Größenordnungen übertreffen. Ursache der hohen Leitfähigkeit sind Gitterstrukturen, in denen für die Kationen mehr Gitterplätze als Ionen zur Verfügung stehen (Defektstrukturen), sodass das Kation-Teilgitter bereits unterhalb der Schmelztemperatur des Festkörpers als geschmolzen betrachtet werden kann und die Kationen daher über eine hohe Beweglichkeit verfügen. Die höchsten Leitfähigkeitswerte findet man für Ag⁺-, Cu⁺-, Na⁺- und Li⁺-Ionen. Wichtige Superionenleiter sind z. B. die oberhalb von 147 ºC stabile α-Phase von Silberjodid (AgJ), Natrium-β-Aluminiumoxid (Na₂O · 11 Al₂O₃) oder Lithiumnitrid (Li₃N).

 

Für Superionenleiter gibt es viele technische Anwendungsmöglichkeiten. Festkörperelektrolytbatterien, die sich durch chemische, thermische und mechanische Stabilität auszeichnen, haben eine sehr niedrige Selbstentladung und damit hohe Lagerlebensdauer. Sie werden in medizinischen Geräten (Herzschrittmacher, Hörgeräte), Fotoapparaten, Uhren, aber auch als Stromquelle für integrierte Schaltungen im militärischen Bereich oder in der Weltraumforschung eingesetzt. Die thermische Beständigkeit der festen Elektrolyte kann bei der Hochtemperatur-Wasserelektrolyse ausgenutzt werden, die einen höheren Wirkungsgrad als die heutigen Elektrolyseverfahren mit flüssigen Elektrolyten besitzt. Weil nur eine Ionensorte transportiert wird, wirken Superionenleiter chemisch sehr selektiv, was in der Messtechnik zum Bau empfindlicher Sensoren für den Spurennachweis (z. B. von Cl^-, F^-, NO₃^-) oder für Prozesssteuerungen ausgenutzt werden kann. Die Sauerstoffsonde, ein Keramikrohr aus Zirkoniumoxid mit porösen Elektroden auf beiden Seiten, liefert wegen der Ionenleitung von Sauerstoff in Zirkoniumoxid bei unterschiedlicher Sauerstoffkonzentration auf beiden Seiten eine elektrische Spannung. Sie wird als Abgassensor zur automatischen Regelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in Kraftfahrzeugen (Lambdasonde) und Ölfeuerungen eingesetzt. Mit Superionenleitern können auch neuartige elektrochemische Anzeigeelemente und elektronische Zeitschalter gebaut werden.

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Su|per|io|nen|lei|ter, der; -s, - (Physik): Festkörper, der eine besonders hohe Leitfähigkeit, die auf der Bewegung von Ionen beruht, besitzt.