Nya tvådimensionella material för energilagring
- Diarienummer
- EM16-0004
- Start- och slutdatum
- 180116-231231
- Beviljat belopp
- 33 731 000 kr
- Förvaltande organisation
- Linköping University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Projektet fokuserar på multifunktionella tvådimensionella karbider, MXener, för elektrokemisk energilagring. Ansökan utgår från vår upptäckt av nya MXener med ordnade vakanser, som resulterat i rekordhög kapacitans och en första komponent som uppvisar mycket konkurrenskraftiga egenskaper. Vårt mål är att utveckla komponenter som kombinerar batteriers höga energitäthet med effekten hos en superkondensator. I tät samverkan med ledande svensk industri genomför vi grundforskning och materialutveckling med sikte på främst superkondensatorer och jonkondensatorer, men även batterier. För innovativ materialdesign, från atom- till makroskopisk nivå, använder och utvecklar vi en arsenal av kompetens och instrumentering inom syntes, analys, och beräkningar. De senare utgör dessutom en nationell resurs, tillgänglig för svensk industri. Av MXener tillverkar vi elektroder, som i optimerade elektrolyter karakteriseras med (in situ, in operando) synkrotron-, neutron- och elektronbaserade metoder. Resultaten styr utformning och testning av industrirelevanta komponenter. Bakom ansökan står en strategisk konstellation av framgångsrika forskningsledare från Linköpings, Uppsalas, och Drexels universitet, med stor erfarenhet av att leda tvärvetenskaplig forskning i regi av SSF, VR, VINNOVA, och KAW. Med företag/institut kopplade till projektet, är vi positionerade för nydanande upptäckter och genombrott för nästa generations material och komponenter för energilagring.
Populärvetenskaplig beskrivning
Programmet MULTI2D erbjuder en för Sverige unik, excellent forskningsmiljö, som spänner över nyfikenhetsdriven grundforskning till tillämpningsnära studier och industrialisering. Vår vision är design av nya material på atomär skala och uppåt, som löser samhällsproblem inom främst energi och miljö. Forskningen drivs med aktiv industrisamverkan. De flesta av världens problem kring energiförsörjning och miljöhushållning står och faller med utveckling av material för att kunna ta tillvara på och utnyttja energi från förnyelsebara källor. Bland tekniska lösningar för att lagra energi finns så kallad elektrokemisk lagring. Exempel på detta är komponenter som kan lagra mycket energi (batterier), och komponenter som kan ladda/ladda ur sin energi snabbt (superkondensatorer). Ett hett forskningsområde idag är att försöka kombinera dessa egenskaper i en och samma komponent. Batterier finns i allt från bilar till bärbara datorer, medan superkondensatorer främst finns där hög effekt (snabbhet) är kritiskt, t.ex. för att ta tillvara på energi när ett fordon bromsar, i elnät, hissar, lyftkranar etc. MULTI2D ämnar bidra med att utveckla och skräddarsy nya tvådimensionella material, så kallade MXener, med sikte på att utveckla främst superkondensatorer med hög energitäthet. MXener är grafenlika karbider, och nyligen upptäckte vi att vi kan skapa vakanser i materialet, dvs tomrum istället för atomer, och att detta ger en rekordhög kapacitans. Vakanserna, i sin tur, minskar både vikt och volym, vilket är betydelsefullt för att skapa konkurrenskraftiga komponenter. Våra resultat hittills visar att MXener har en hög potential för att kunna kombinera hög kapacitans med snabbhet, och vi avser därför utveckla nästa generations tvådimensionella material för elektrokemisk lagring. Bakom detta initiativ står en ny konstellation av högt meriterade forskare med världsledande lab, samt nyckelrepresentanter från ledande svensk industri. Alla medverkande kompletterar varandra med spetskompetenser inom syntes, modellering, atomupplöst mikroskopi, ytfysik och elektrokemi, och förenas i ett tvärvetenskapligt arbetssätt med den industriella tillämpningen i fokus. För projektets utförande förfogar vi över den mest avancerade utrustning som står svenska materialforskare till hands inom synkrotronljus-, neutron- och elektronbaserade metoder. Samtidigt som projektet är inriktat på grundforskning, förutspår vi banbrytande upptäckter som snabbt kan leda till nya produkter för svensk industri.