Theoretical study of oxides for clean energy applications Teoretiska studier av oxider för ren energi tillämpningar Oxide materials are in the heart of many modern clean energy technologies, such as fuel cells, lithium batteries, gas separation membranes, sensors, catalysts and ?smart windows?. Commercial success of current applications and future fascinating perspectives create a growing demand for novel advanced materials. Strive for better materials can be significantly facilitated by the understanding of microscopic processes behind the desired properties. The modern computational physics has reached the level when it has become a useful tool in materials research not only able to enclose the most fundamental mechanisms determining observable materials properties but also predict them. This project is devoted to theoretical studies of charge localization, defect/polaron distributions and charge and ion mobility in WO3 and TiO2, two technolgically important oxides, and at their surfaces. The project aims at going beyond the current state-of-the-art in description of these oxides. Det föreslagna projektet ska fördjupa vår grundläggande förståelse om jonledning och laddningstransfer i material som kan tillämpas i nästa-generationens litium-jon batterier, bränsleceller och elektrokromiska enheter. Dessa teknologier bildar kärnan i en miljövänlig produktion och användning av energi. Dessa tillämpningars prestanda beror i stor utsträckning på materialens effektivitet, som måste kontinuerligt förbättras för att bemöta samhällets stigande krav på en hållbar utveckling. Sökandet efter förbättrade material liknar ofta en empirisk gissningslek där stora insatser kan förbrukas innan en minnande materialkombination kan hittas. I detta projekt erbjuder vi ett alternativt tillvägagångssätt för att designa material, där basen för sökandet är en grundläggande förståelse av de mikroskopiska mekanismer som ligger bakom materialets fysikaliska egenskaper. Denna förståelse kan fås från kvantmekaniska beräkningar där materialegenskaperna studeras på en atomär nivå. Den teoretiska studien kommer att genomföras med metoder baserade på täthetsfunktionalteori, en välkänd metod (Nobelpriset i kemi 1998) som möjliggör studier av olika sorters växelverkan, bindning samt termodynamiska och elektroniska egenskaper på den mest grundläggande nivån. Dessa kvantmekaniska metoder ger oss möjlighet att behandla olika faser så som fasta ämnen, gaser samt vätskor på likvärdiga sätt. Beräkningarna utförs utan att använda justerbara parametrar så att den enda information som behövs är den som finns i det periodiska systemet . Det långsiktiga målet i projektet är att bygga upp en gedigen spetskunskap om material- och transportberäkningar på oxidbaserade material för tillämpningar inom ren och förnybar energiteknik. För att nå detta långsiktiga mål kommer vi att fokusera vår forskning till två sammanlänkade effekter som omfattar mycket grundläggande förståelse för gränsskiktsstrukturer och legeringar i dessa oxidbaserade material: (1) Jonisk ledningsförmåga, dvs atomers rörelser i material. (2) Polaroniska effekter, dvs koppling mellan laddning och atomvibrationer. Modellerna ska komplettera och stödja experimentella mätningar och större avancerade komponentsimuleringar.