Projektbeschreibung
Natriumbatterien-Revolution in der Elektromobilität
Natrium (Na) ist silbrig weiß glänzend, wachsweich und leicht – eigentlich könnte es die perfekte Lösung für die Elektrofahrzeugindustrie sein. Auch wenn Lithium-Ionen-Batterien heute als Standard für alle elektronischen Geräte gelten, sind sie nicht unproblematisch. Ganz oben auf der Liste findet sich die Nachhaltigkeit, da Lithium-Ionen-Batterien nicht ohne eine Reihe kritischer Elemente auskommen. Soll die Revolution der Elektromobilität vorankommen, müssen viel mehr Rohstoffe verfügbar werden. Ein weiteres Problem ist der Energiegehalt, der steigen muss, um die Nachfrage nach größeren Reichweiten zu befriedigen. Das EU-finanzierte Projekt 4SBATT wird nun neuartige anorganische Verbindungen auf Na-Basis für positive Elektroden, Festelektrolyte und negative Elektroden entwickeln und herstellen. Ziel ist die Realisierung einer Feststoffbatterie auf der Grundlage von Natrium und nachhaltigen Elementen wie Eisen, Mangan und Silizium.
Ziel
The Li-ion battery, developed in the last 30 years, is a very successful technology. However, it now faces the challenge of powering the e-mobility revolution, requiring a large increase of raw resources availability. At this point in history, given the roadmap of the European Green Deal and the need to reduce CO2 emissions, such a scale up should be seen as a unique opportunity to eliminate unsustainable elements from the batteries. Yet the Li-ion battery relies on a series of elements that are critical, most importantly Li, Co and natural graphite. Moreover, the safety of Li-ion batteries is often in question, and their energy content still needs to increase to satisfy the demand for extended driving ranges. In this context, 4SBATT aims to develop a solid-state battery based on Na, rather than Li, representing the best solution in terms of four key parameters: sustainability, energy density (specific and volumetric), readiness of adoption (i.e. compatibility with existing Li-ion production lines) and safety. To achieve such a challenging goal, 4SBATT will operate at the cross-section between inorganic chemistry, materials science, and engineering. My team and I will develop a combined computational and experimental approach based on density functional theory and in situ x-ray diffraction during synthesis that will allow us to explore large amounts of temperature-dependent multicomponent phase diagrams for various classes of materials. Thereby we will design and prepare novel Na-based inorganic compounds for positive electrodes, solid electrolytes and negative electrodes. Then the physical properties of materials and composite electrodes will be characterized to understand, improve and engineer their performances. Finally we will assemble solid-state batteries, based on Na and sustainable elements such as Fe, Mn and Si, intrinsically safe due to the non-flammable solid electrolyte, and targeting record energy densities of 300 Wh/kg and 750 Wh/l at the cell level.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
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