Projektbeschreibung
Neuer Ansatz für mehr Energiedichte und Sicherheit von Batterien mit Metallanoden
Lithium-Batterien mit Metallanoden bergen zwar viel Potenzial für Energiedichte, doch durch das dendritische Lithiumwachstum können Kurzschlüsse oder thermische Durchbrüche auftreten. Finanziert über den Europäischen Forschungsrat wird im Projekt MULTIMETALBAT ein neues Paradigma für Metallanoden vorgestellt. Beim neuen Ansatz werden Elektrolyte mit einer Mischung aus mehreren Kationen hergestellt, was die Thermodynamik bei der Plattierung und dem Enzinken im Vergleich zu einfachen Metallanoden verändert. Das sollte die kinetische Konkurrenz zwischen verschiedenen Prozessen der elektrolytischen Abscheidung fördern und für mehr Stabilität der Interphase mit Festelektrolyt stärken. Die Forschenden zielen auf eine kritische Stromdichte für 3D-Metallwachstum von über 10 mA pro cm2, eine Energiedichte von 350 Wh/kg für 100 mAh Pouch-Zellen und mehr Sicherheit ab.
Ziel
Li metal is considered to be the holy grail anode material due to its high specific capacity and low standard redox potential and could, in theory, lead to the assembly of extremely high energy density cells. Metal anode based batteries, in general, represent the main viable option towards a leapfrog in terms of energy density when compared with current Li-ion technology, thus motivating important research efforts in Li-air, Li-Sulfur and, more recently, solid state batteries (SSB). Unfortunately, all of these technologies (even SSB) suffer from dendritic Li growth, eventually resulting in short circuit/thermal runaway. Requirements for smooth Li metal electrodeposition, mostly consist in the fine control of the cation mass transport through the solid electrolyte interphase (SEI), which in turn is governed by the composition, morphology and stability of the latter. Unfortunately, and after several decades of investigation, it is virtually impossible to achieve the perfect interphase/interface which can sustain thousands of cycles in real battery operation conditions. The main objective of MULTIMETALBAT is to bring a new paradigm for metal anode by developing electrolytes containing a mixture of multiple cations (Li+, Na+, K+, Ca2+ or Mg2+) which will modify the overall thermodynamics of plating and stripping when compared with conventional single metal anode. Kinetic competition between various electrodeposition processes will be promoted and the SEI will be engineered to sustain high mechanical, chemical and thermal stability, hence helping promoting homogeneous cation diffusion through it. Targeted figures of merit include: i) critical current density for 3D metal growth above 10 mA.cm-2 and ii) 350 Wh/kg energy density for 100 mAh pouch cells, almost doubling that of current Li-ion. Yet, the main objective of MULTIMETALBAT will be increased safety and extensive standard safety measurements will be performed on prototype cells and compared with Li-ion batteries.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsGastgebende Einrichtung
28006 Madrid
Spanien