Dynamik kleiner Ionen in kondensierten Systemen mittels gekoppelter Molekulardynamik- und Monte-Carlo-Simulationen

Ziel des Projekts ist die Simulation des Transports kleiner Kationen (Protonen, Lithium-Ionen) in Flüssigkeiten und ungeordneten Festkörpern. Einerseits sollen die Elementarprozesse des Ionentransports auf atomarer Skala möglichst korrekt und mit möglichst hoher (quantenchemischer) Genauigkeit dargestellt werden, andererseits sollen aber auch Phänomene auf größeren Längenskalen (insbesondere strukturelle Defekte) realistisch in die Simulation der Diffusion/Leitfähigkeit mit einbezogen werden.

Hierzu wird ein Molekulardynamik-Ansatz (auf Basis von sowohl quantenchemischen Elektronenstrukturrechnungen wie auch von Kraftfeldern) mit einem Monte-Carlo-Ansatz verknüpft, wobei letzterer die Diffusion der Ladungsträger über mesoskopische Distanzen und über längere Zeiten (Mikrometer und Millisekunden) beschreiben kann. Diese Methodik soll auf aktuelle Fragestellungen aus den Bereichen Elektrolye (KOH-Lösungen), Brennstoffzellen (Protonendiffusion in Membranen) und Lithiumbatterien angewendet werden.