Descrizione del progetto
Usare l’ossigeno per sfruttare i processi redox cationici e anionici cumulativi per le batterie ricaricabili
Le reazioni di ossido-riduzione (redox) comportano il trasferimento di elettroni tra due specie chimiche. L’elettrone donatore è «ossidato» e quello ricevente è «ridotto». Le reazioni redox sono onnipresenti in natura e nei processi ingegneristici, inclusa la conversione e l’accumulo di energia elettrochimica. La redox anionica che utilizza l’ossigeno come anione può incrementare la capacità della redox cationica convenzionale dei metalli di transizione, promettendo un enorme aumento della densità energetica e portando a una potente alternativa alle attuali batterie agli ioni di litio. Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto OXYPOW svilupperà nuovi e migliori catodi di ossido stratificato ricchi di Li, con processi redox cationici e anionici cumulativi, attraverso l’ingegneria dei cristalli e la messa a punto delle interazioni cationi-cationi locali.
Obiettivo
The recent discovery of anionic redox chemistry has unveiled a new transformational paradigm for designing sustainable rechargeable batteries with superior energy density. Li-rich layered oxide (LLO) cathodes exhibiting oxygen redox activity can deliver exceptional capacities (> 40% higher than state-of-the-art NMC811), due to the cumulative cationic and anionic redox processes. However, the LLOs suffer from poor energy efficiency, reduced power density and voltage decay, caused by progressive irreversible migration and trapping of transition metals in intermediate sites in the structure during operation. In this context, the aim of the project is to target new LLO polymorphs with improved stability and performance through crystal engineering of the oxygen stacking sequence and tuning of local cation-cation interactions. First, I will leverage my expertise in in situ X-ray/neutron diffraction and total scattering methods to study the evolution of the atomic structure (average and local) during synthesis of selected LLO compositions. This will (1) dramatically reduce the time needed to cover parameter space, (2) facilitate identification of the optimal reaction conditions for specific LLO polymorphs, and (3) provide fundamental mechanistic insight. Secondly, this information will be used to target LLOs with different structural configurations and systematically examine the relationship between their electrochemical performance and structural evolution during operation. Thirdly, I will investigate the charge compensation mechanisms (cationic and anionic) of the materials, which will be related to the structural changes as well as electrochemical data to yield a complete mechanistic picture of the synthesis-structure-property relationship in the system. This fundamental groundwork will allow development of a fabrication strategy for the next generation of sustainable high-performance cathode materials exploiting the untapped electrochemical potential of oxygen.
Parole chiave
Programma(i)
- HORIZON.1.2 - Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) Main Programme
Invito a presentare proposte
(si apre in una nuova finestra) HORIZON-MSCA-2021-PF-01
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HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF -Coordinatore
28006 Madrid
Spagna