Description du projet
Des batteries potassium-ion à haute performance intégrant des matériaux d’électrode de haute technologie
Les prix du lithium montent en flèche et les chaînes d’approvisionnement se heurtent à des difficultés croissantes. Le potassium constitue un matériau de substitution abondant et peu coûteux. Cependant, les batteries potassium-ion (KIB) présentent une durée de vie courte, un faible contenu énergétique et des temps de charge longs, ce qui limite leur utilisation dans les véhicules électriques et pour le stockage des énergies renouvelables. Le projet POSIDON, financé par l’UE, prévoit de relever ces défis en développant des KIB hybrides avancés utilisant des cadres métallo-organiques (MOF) et des dérivés du graphène. Les cathodes comporteront des nanofils métalliques et MOF coaxiaux dopés avec des molécules redox-actives pour améliorer la conductivité et la capacité. Les anodes innovantes en 2D conçues à partir de dérivés du graphène serviront d’hôtes pour les atomes métalliques uniques, améliorant le dépôt de potassium et l’affinité pour le potassium tout en empêchant les processus qui réduisent le cycle de vie et la sécurité.
Objectif
Potassium ion batteries (KIBs) offer unique opportunities for low-cost, sustainable, and high-performance electrochemical energy storage required for the electrification of transportation, and for storing energy from renewable but intermittent resources. However, concerted efforts are required to tackle the challenges of KIBs, such as the short life, low energy content, and long charging time. POSIDON will leverage the versatile material toolbox of metal-organic frameworks (MOFs) and graphene derivatives (core expertise of the applicant and host institution, respectively) to design and develop efficient electrode materials, and introduce a paradigm shift in KIBs performance. POSIDON will build advanced hybrid K-ion batteries (HyKIBs) by engineering and studying 1) strategically designed cathodes based on coaxial metallic/MOF nanowires doped with redox-active molecules to boost the conductivity and capacity, and 2) sophisticated two-dimensional anodes based on graphene derivatives with dense out-of-plane and in-plane functionalities as hosts for single metal atoms, acting as nucleation centers for the improvement of reversible deposition and stripping of potassium, of potassiophilicity and impeding dendrite formation, which is catastrophic for the life-cycle and safety. These electrodes will dramatically improve the capacity, the energy content of the HyKIBs, and prolong their life. Moreover, the high porosity of MOFs and the conductivity of the envisioned electrode architectures will promote potassium diffusivity for fast-charging operation. POSIDON will deliver practical cells of HyKIB devices with high performance to pave the way towards the commercialization of potassium-based energy storage, which is vital for a low carbon, sustainable, and fossil-fuel-independent civilization.
Champ scientifique
- natural scienceschemical scienceselectrochemistryelectric batteries
- engineering and technologyenvironmental engineeringenergy and fuelsrenewable energy
- engineering and technologynanotechnologynano-materialstwo-dimensional nanostructuresgraphene
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistryalkali metals
Mots‑clés
Programme(s)
Régime de financement
HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European FellowshipsCoordinateur
771 47 Olomouc
Tchéquie