Descrizione del progetto
Alimentare le dinamiche di carica ultrarapida nelle batterie
La comprensione delle dinamiche di carica ultrarapida è fondamentale al fine di migliorare i dispositivi elettrochimici per l’energia come le batterie; ciononostante, esse sono tuttora poco comprese nelle interfacce nanoscopiche. Tra le sfide critiche figurano la perdita di capacità dell’elettrodo a causa di stati instabili di trasferimento della carica, gli squilibri chimici alle interfacce elettrodo-elettrolita che rallentano la carica rapida e la lentezza del movimento ionico nei materiali solidi. Per affrontare questi ostacoli, il progetto FemtoCharge, finanziato dal CER, introduce l’utilizzo della spettroscopia a femtosecondi e della scienza delle batterie in funzione allo scopo di svelare questi processi ultraveloci. Rivelando i percorsi ottimali di trasporto della carica, i meccanismi di solvatazione e le dinamiche di salto degli ioni, FemtoCharge si propone di rivoluzionare la progettazione dei materiali che compongono le batterie e di sviluppare strumenti all’avanguardia volti a sondare questi fenomeni di carica misteriosi. L’innovativo approccio adottato dal progetto potrebbe ridefinire le prestazioni delle batterie, offrendo un modello di riferimento per le future scoperte elettrochimiche.
Obiettivo
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.
Campo scientifico (EuroSciVoc)
CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP. Cfr.: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP. Cfr.: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
- scienze naturaliscienze chimicheelettrochimica
- scienze naturaliscienze fisicheotticamicroscopia
- scienze naturaliscienze fisicheotticaspettroscopia
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Parole chiave
Programma(i)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Argomento(i)
Invito a presentare proposte
(si apre in una nuova finestra) ERC-2024-STG
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HORIZON-ERC -Istituzione ospitante
CV4 8UW COVENTRY
Regno Unito