Lättvikts polymerkompositer för hållbara batterier
- Diarienummer
- RMA11-0012
- Start- och slutdatum
- 120801-170930
- Beviljat belopp
- 31 989 275 kr
- Förvaltande organisation
- Uppsala University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Målet med projektet är att teoretiskt och experimentellt utveckla en ny typ av lättvikts, organiska hög-energidensitetselektroder för Lijonbatterier (LIBs) för tillämpningar som kräver extremt goda cyklingsegenskaper, miljövänlighet och billig/uppskalningsbar produktion. Dessa inkluderar framdrift av -och intern energiförsörjning i- fordon, bärbar elektronik och nätapplikationer samt lagringssystem för att bemästra intermittenta, förnybara energikällor. Med hjälp av ab initio och DFT beräkningar, kommer högkapacitiva, elektroaktiva kabonylgrupper att väljas, syntetiseras och förankras till ett substrat bestående av en elektroaktiv polymer och nanostrukturerad cellulosa (som idag utgör basen för det såkallade algbatteriet). Elektroderna kommer att karakteriseras och hopfogas till LIBs i en pilotproduktionslina hos en av våra samarbetspartners för påföljande testning hos fordon och nätindustri. Alla aspekter relevanta för framtida industrialisering, inklusive IPRfrågor och uppskalning av produktion tas i beaktning. Dagens LIB teknologi är beroende av oorganiska material som förbrukar mineraler tillängliga i begränsad mängd (Co, Mn, Ti) och är förknippat med ett relativt högt ekologiskt fotavtryck, på ungefär 70 kg CO2 per kWh. Detta projekt förväntas resultera i kompositmaterial som kan klara prestanda och hållbarhetskrav som är tillräckligt högt ställda för batterianvändning inom, bland annat, fordons- och nättillämpningar när dagens LIBs inte längre är konkurrenskraftiga
Populärvetenskaplig beskrivning
Det finns ett enormt behov av att utveckla långsiktigt hållbara, lättvikts, högkapacitets energilagringssystem för en rad tillämpningar nödvändiga för att vi skall kunna behålla vår moderna livsstil samtidigt som utvecklingsländerna hinner i kapp utan att äventyra klimatet för framtida generationer. Dessa inkluderar framdrift av och intern energiförsörjning i fordon, bärbar elektronik och nätapplikationer, samt lagringssystem för att bemästra intermittenta, förnybara energikällor. Dagens Litiumjonbatteri (LIB)teknologi är beroende av oorganiska material som förbrukar mineraler tillängliga i begränsad mängd. Dessutom är dagens LIBteknologi förknippat med ett högt ekologiskt fotavtryck på ungefär 70 kg CO2 per kWh. Mot denna bakgrund väcks frågan om dagens LIBs kommer att kunna möta framtida behov av energilagring på lång sikt allt oftare. En stor utmaning för materialforskningen ligger därför i att ta fram långsiktigt hållbara energilagringssystem. Genom att skapa elektrodmaterial för LIBs, baserade på organiskt material från förnybara råvaror som kan produceras och även kasseras i miljövänliga processer, hoppas man kunna skapa hållbara lagringssystem med hög energitäthet för att klara långsiktiga miljömål och en globalt fungerande välfärd. Målet med vårt projekt är att utveckla lättvikts, polymerbaserade hög-energidensitetselektroder med kompatibla polymerelektrolyter för LIBtillämpningar som kräver extremt goda cyklingsegenskaper, miljövänlighet och billig/upskalningsbar produktion. Dessa inkluderar framdrift av -och intern energiförsörjning i- fordon, bärbar elektronik och nätapplikationer samt lagringssystem för att bemästra intermittenta, förnybara energikällor. Med hjälp av teoretiska beräkningar, kommer högkapacitiva, elektroaktiva kabonylgrupper att väljas, syntetiseras och förankras till ett substrat bestående av en elektroaktiv polymer och en nanostrukturerad cellulosa (som idag utgör basen för det såkallade algbatteriet). Elektroderna kommer att karakteriseras och hopfogas till LIBs i en pilotproduktionslina hos en av våra samarbetspartners för påföljande testning. Alla aspekter relevanta för framtida industrialisering, inklusive IPRfrågor och uppskalning av produktion tas i beaktning. Projektet förväntas resultera i batterier som klarar prestanda och hållbarhetskrav som är tillräckligt högt ställda för batterianvändning inom, bland annat, fordons- och nättillämpningar när dagens LIBs inte längre är konkurrenskraftiga.