Description du projet
La dynamique de charge ultrarapide dans les batteries
Il est essentiel de comprendre la dynamique de charge ultrarapide pour améliorer les dispositifs d’énergie électrochimique tels que les batteries, mais elle reste mal comprise aux interfaces nanoscopiques. Parmi les défis majeurs figurent la perte de capacité des électrodes due à des états de transfert de charge instables, les déséquilibres chimiques aux interfaces électrode-électrolyte qui ralentissent la charge rapide, et la lenteur des mouvements ioniques dans les matériaux solides. Pour surmonter ces obstacles, le projet FemtoCharge, financé par le CER, fait œuvre de pionnier en utilisant la spectroscopie femtoseconde et la science des batteries operando pour comprendre ces processus ultrarapides. En révélant les voies optimales de transport de la charge, les mécanismes de solvatation et la dynamique des sauts d’ions, FemtoCharge vise à révolutionner la conception des matériaux des batteries et à développer des outils de pointe pour sonder les phénomènes de charge profondément enfouis. Cette approche innovante pourrait redéfinir les performances des batteries et constituer un modèle pour les futures découvertes en électrochimie.
Objectif
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.
Champ scientifique (EuroSciVoc)
CORDIS classe les projets avec EuroSciVoc, une taxonomie multilingue des domaines scientifiques, grâce à un processus semi-automatique basé sur des techniques TLN. Voir: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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- sciences naturellessciences chimiquesélectrochimie
- sciences naturellessciences physiquesoptiquemicroscopie
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Mots‑clés
Programme(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thème(s)
Appel à propositions
(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2024-STG
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HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstitution d’accueil
CV4 8UW COVENTRY
Royaume-Uni