Projektbeschreibung
Ultraschnelle Ladedynamik in Batterien voranbringen
Das Verständnis der ultraschnellen Ladungsdynamik ist der Schlüssel zur Verbesserung elektrochemischer Energievorrichtungen wie zum Beispiel Batterien, jedoch ist sie in nanoskopischen Grenzbereichen noch wenig erforscht. Zu den kritischen Herausforderungen zählen Kapazitätsverluste der Elektroden aufgrund instabiler Ladungstransferzustände, chemische Ungleichgewichte an den Elektroden-Elektrolyt-Grenzflächen, die eine schnelle Aufladung verlangsamen, sowie die träge Ionenbewegung in festen Materialien. Das Team des ERC-finanzierten Projekts FemtoCharge leistet zur Überwindung dieser Barrieren Pionierarbeit bei der Nutzung der Femtosekundenspektroskopie und der Operando-Batteriewissenschaft, um diese ultraschnellen Prozesse zu entschlüsseln. Anhand der Aufdeckung optimaler Ladungstransportwege, Solvatationsmechanismen und Ionen-Sprungdynamiken wird das FemtoCharge-Team das Batteriematerialdesign revolutionieren und modernste Werkzeuge zur Untersuchung tief verborgener Ladungsphänomene entwickeln. Mit diesem innovativen Ansatz könnte die Batterieleistung neu definiert werden, womit eine Blaupause für zukünftige Durchbrüche in der Elektrochemie angeboten wird.
Ziel
Charge dynamics lie at the crux of electrochemical energy devices, and in-particular batteries, impacting everything from durability to capacity. On mesoscopic time (ns to s) and length scales (nm to mm) we have a good understanding of charge transport related phenomena in batteries. However, when it comes to faster femtosecond/picosecond processes and those at nanoscopic interfaces, our insight remains limited. This is a critical problem. In this regime lie:
(a) the individual electronic/structural steps in the redox chain that can cause electrode capacity loss via charge-transfer to inactive/unstable states
(b) (de)solvation processes that inhibit fast charging through chemical imbalances at electrode/electrolyte interfaces
(c) sluggish ionic hops limiting the use of many solid-electrolyte and electrode materials
In FemtoCharge, I will take the conceptual leap needed to elucidate ultrafast interfacial dynamics in batteries, by merging femtosecond spectroscopy/microscopy and operando battery science. My novel approach is based on my pioneering work to optically image ultrafast spatio-temporal dynamics, and their coupling to structure, in nanomaterials, and probing in the complex solid/liquid environment of batteries. I will leverage this approach to:
1. uncover optimal electronic/structural pathways for charge-transport in current and developing electrode materials
2. quantitatively reveal potentials and solvation mechanisms at electrode/liquid electrolyte interfaces
3. use lattice vibrations to manipulate ion-hopping in solid electrodes/electrolytes
I will deliver blueprints for building new electrode/electrolyte battery materials, strategies for external stimuli-based tuning of battery charge-transport and game-changing operando tools for characterising charge-dynamics, particularly when they are stochastic or deeply buried. Ultimately, the fundamental insights and new techniques of FemtoCharge will make controlling charges the future of electrochemistry.
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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Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
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