Superionenleiter

Superionenleiter, auch Supraionenleiter, schnelle Ionenleiter oder feste Elektrolyte, sind Feststoffe (Ionenkristalle) die eine hohe elektrische Leitfähigkeit von mehr als 10^-4 S/cm durch Ionenwanderung aufweisen.

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Die meisten bekannten Superionenleiter bestehen aus einem Gitter mit großen Anionen, in denen relativ kleine Kationen wie Ag⁺, Cu⁺ oder Li⁺ eine hohe Beweglichkeit aufweisen und in einem elektrischen Feld schnell zur Kathode wandern. Beschrieben wurde die hohe elektrische Leitfähigkeit von Feststoffen erstmals am Beispiel des oberhalb von 147 °C stabilen α-Silberiodids 1914 durch Tubandt und Lorenz.
Nach den klassischen Vorstellungen besitzen die Superionenleiter ein stabiles Anionenteilgitter. Das Kationenteilgitter mit ausgedehnten Defektstrukturen ist quasi geschmolzen und weist für Platzwechselvorgänge eine sehr kleine Aktivierungsenergie von ca. 5 kJ/mol auf. Neuere Anschauungen begründen die hohe elektrische Leitfähigkeit mit dem Vorliegen kanalartiger Diffusionspfade im Gitter.

Anwendungen

Technische Verwendung finden Superionenleiter in Feststoffbatterien mit geringer Selbstentladung bei hoher thermischer und mechanischer Stabilität. In der Messtechnik werden sie in Sensoren genutzt, zum Beispiel in der Lambdasonde zur Sauerstoffmessung.