Oxid-Keramik - Keramik: Wie ein alter Werkstoff hochmodern wird - page 127

fe Alkalikationen enthalten. Sie sind einfach positiv geladen und dadurch
im Kristallgitter im Vergleich zu mehrwertigen Kationen relativ schwach
gebunden. Wenn sie zusätzlich einen geringen Ionenradius besitzen, die
Kristallgitter von Haus aus Leerstellen und zusätzlich Baufehler ent-
halten, können sie sich im elektrischen Feld bewegen. Für eine solche
Diffusion eignen sich vor allem die Kationen des Lithiums und Natriums,
aber auch die des Silbers. Da die genannten Kationen in einer klassischen
Keramik kaum enthalten sind, können sich keine stabilen Diffusionspfa-
de ausbilden. Dadurch verhält sich der Werkstoff wie ein Isolator.
Wie das bei technischen Vorgängen häufig der Fall ist, kann man aber
auch den entgegengesetzten Effekt dadurch anstreben, dass man die eben
genannten Parameter bewusst verstärkt. Man erhöht also den Anteil an
Li + ,Na + oder Ag + erheblich, wählt eine solche Grundzusammensetzung,
dass ein Gitter mit Leerstellen in den Polyedern der Sauerstoffanionen
auftritt, und verhindert beim Sintern das Ausheilen von Kristallbaufeh-
lern.
Im Ergebnis erhält man eine weitere Art von Oxidkeramik-Festelek-
trolyten, deren elektrische Leitfähigkeit zwischen 10 5 bis 10 2 S cm 1
liegen kann. Diese Werte erhöhen sich mit der Temperatur, da sich mit
steigender Temperatur die Kristallgitter ausdehnen und dadurch die Ka-
tionendiffusion deutlich erleichtern.
Ein Beispiel für eine kationenleitende Oxidkeramik stellt die soge-
nannte ˇ -Tonerde oder ˇ -Al 2 O 3 dar. Der Begriff wurde sehr unglücklich
gewählt, da es sich bei dem Material nicht um eine Tonerde oder um
eine spezielle Modifikation des reinen Al 2 O 3 handelt. Vielmehr ist der
Werkstoff ein Natrium-Aluminat mit der Formel Na 2 O 11Al 2 O 3 .Die
Kristalle sind locker aufgebaut. Das Al 3+ befindet sich mit dem Sauer-
stoff in 4er- und 6er-Koordination, d. h. einer Art Spinellstruktur. Dazwi-
schen liegen Natrium-Sauerstoff-Polyeder mit wechselnder Koordinie-
rung. Dadurch können die Natriumkationen relativ leicht diffundieren.
Es werden elektrische Leitfähigkeiten 10 2 S cm 1 erreicht. Für

diesen Fall spricht man von einem Superionenleiter .
Auf der Basis von ˇ -Al 2 O 3 werden schon seit etwa 40 Jahren Batte-
rien hergestellt. Sie besitzen zwar keine sehr hohe Kapazität. Ihr Vorteil
besteht aber darin, dass sie ihre Ladung über lange Zeit mit sehr konstan-
ten Werten abgeben. Die ursprüngliche Anwendung waren Batterien für
Herzschrittmacher.