Materiały nanostrukturalne do urządzeń energetycznych
Świat nauki nieustannie proponuje rozmaite nowe konfiguracje baterii akumulatorowych, aby uzyskać wyższe gęstości energii niż współczesne akumulatory Li-ion. Te nowe baterie akumulatorowe mają kilka cech wspólnych. Jako anodę wykorzystuje się czysty lit metaliczny, który pozwala zmaksymalizować gęstość energii. Ponadto za katolit służą roztwory wodne ze względu na ich niski koszt, wysoką niezawodność i superszybki transport jonów. Zastosowanie elektrolitów stałych ograniczono, ponieważ uzyskują one przydatne w praktyce konduktywności jedynie w temperaturach powyżej 50°C. Mimo to są one o jeden rząd wielkości niższe niż te uzyskiwane przez elektrolity ciekłe. Aby temu zaradzić, naukowcy skupili się na materiałach nanostrukturalnych przewodzących Li-ion. W ramach projektu NANOLICOM (Nanostructured lithium conducting materials), wspieranego ze środków UE, chemicy, fizycy i inżynierowie materiałów połączyli siły, aby zbadać wpływ wielkości ziarna i krystaliczności na transport jonowy tego typu materiałów. Udało się to osiągnąć poprzez program wymiany między UE a Ukrainą. Pierwszym krokiem było zbadanie różnych szlaków syntezy w drodze do przygotowania nanoproszków o wielkości ziarna od 10 do 500 nm. Uwzględniono kilka procesów zachodzących w ramach chemii miękkiej, w tym metodę kompleksu polimeryzującego in situ. Poprzez szereg eksperymentów zespół projektu NANOLICOM określił optymalne parametry syntezy prowadzące do dobrze skrystalizowanych i czystych nanocząsteczek. Ponadto opracowano cienkie warstwy nanomateriałów przewodzących Li przy użyciu technik powlekania obrotowego i magnetronowego rozpylania jonowego o częstości radiowej. Aby przygotować gęste materiały ceramiczne, zachowując przy tym nanostrukturę proszków, zespół wykorzystał techniki spiekania, np. spiekania niskotemperaturowego, spiekania błyskowego i iskrowego spiekania plazmowego (SPS). Przede wszystkim technika SPS, jako metoda zagęszczania materiałów ceramicznych, zmniejsza konduktywność ceramiczną w porównaniu z innymi metodami, ze względu na wzrost objętości granicy ziarna. Badania głównych czynników wpływających na konduktywności materiałów ceramicznych lub cienkich warstw perowskitu, materiałów typu NASICON i tlenkoazotków litowo-fosforowych doprowadziły do wielu interesujących rezultatów. Badanie przeprowadzone przez partnerów projektu NANOLICOM ukazały się w formie publikacji i zostały przedstawione w postaci prezentacji ustnych podczas konferencji międzynarodowych. Wyniki dostarczają cennych informacji na temat związku między strukturami jonowymi stałymi a właściwościami fizycznymi, co usprawni racjonalne projektowanie urządzeń do magazynowania i konwersji energii elektrochemicznej.
