POLYmer-grafted nanoparticles for improVing cycle life Of Lithium baTteries (POLY-VOLT)

Descripción del proyecto

Soluciones para mejorar la vida útil de las baterías de litio

El creciente uso de energías renovables, la transición ecológica y el aumento de la adopción de vehículos eléctricos han hecho que el almacenamiento de energía sea cada vez más vital. Las baterías de litio metálico ofrecen mayor densidad energética que las baterías de iones de litio convencionales, pero se enfrentan a problemas derivados del crecimiento de dendritas de litio, que provoca fallos tempranos en los dispositivos. Los electrolitos poliméricos en estado sólido (SSE) pueden ayudar a reducir la formación de dendritas, pero las nanopartículas inorgánicas (NP) que contienen tienden a aglomerarse, causando problemas. Con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie, el proyecto POLY-VOLT desarrollará una solución para suprimir la aglomeración de NP y reducir la cristalinidad del polímero, minimizando estos inconvenientes y maximizando a su vez el rendimiento de la SSE. El proyecto injertará cadenas de polímeros en superficies inorgánicas para crear nanopartículas injertadas con polímeros que consigan estos efectos.

Objetivo

Lithium metal batteries (LMBs) are the most prominent, higher-energy alternative to conventional Li ion batteries, but face commercialization problems primarily associated to the growth of Li dendrites, which causes premature device failure. A promising approach to mitigate dendritic growth involves the deployment of polymeric solid-state electrolytes (SSEs). In these systems, inorganic nanoparticles (NPs) are often dispersed within polymer matrixes to improve mechanical properties and reduce crystallinity, thus increasing ionic conductivity. However, NPs tend to agglomerate, creating heterogeneities that decrease performance and promote dendritic growth.
In POLY-VOLT, polymer chains will be covalently grafted onto inorganic surfaces forming polymer-grafted nanoparticles (PGNs) where polymer crystallinity and NP agglomeration are simultaneously suppressed, maximizing the advantages of combining polymer and inorganic fillers in SSEs. Additionally, PGNs present the unique advantage of fully tailorable structural parameters, such as the density of grafted polymer chains and their molar masses. Thus, these parameters will be finely tuned to form a library of PGN SSEs and comprehensively dissect the effect of structural features on conformation, segmental motion, Li ion transport, and mechanical strength. These properties will then be correlated to cycling stability and dendritic growth in LMBs. The library will comprise polymer grafts containing ethylene oxide and/or ethylene imine units. Indeed, the distinct architecture of PGNs will enable to overcome the crystallinity issue that limit the use of poly(ethylene imine)s in SSEs, thus exploiting the high coordination ability of N atoms, opening new avenues for N-rich electrolytes.
POLY-VOLT will therefore considerably advance the field of SSEs, accelerating the development of reliable LMBs and the transition to greener technologies, responding to the urgent demands of the EU Green Deal.