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CORDIS - Resultados de investigaciones de la UE
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Ionic Crystalline Microporous Polymers Enable Highly Reversible Conversion Cathodes in Aqueous Batteries

Descripción del proyecto

Polímeros microporosos cristalinos iónicos para la regulación de halógenos en baterías acuosas

El continuo aumento de la demanda energética exige alternativas sostenibles a las baterías convencionales de iones de litio, cuyos materiales pueden ser tóxicos e inflamables, además de costosos. Las baterías acuosas recargables (RAB, por sus siglas en inglés) con cátodos de conversión de halógenos ofrecen una opción segura, asequible y respetuosa con el medio ambiente para almacenar energía a nivel de red. Sin embargo, son propensas a reacciones secundarias de hidrólisis, efectos de lanzadera y una contención deficiente de los halógenos. Estos fenómenos reducen la densidad energética y favorecen la degradación de los materiales. En el proyecto i-CRABs, que cuenta con el respaldo de las acciones Marie Skłodowska-Curie, se pretende abordar este problema mediante el diseño de nuevos polímeros microporosos cristalinos iónicos (iCMP, por sus siglas en inglés) como soportes estables para los cátodos. Se prevé que estos iCMP ajustables faciliten el transporte selectivo de moléculas y la retención de halógenos específicos, además de evitar las reacciones de hidrólisis. Con ello se busca facilitar la aplicación práctica de las baterías RAB.

Objetivo

Rechargeable aqueous batteries (RABs) are promising for sustainable, grid-scale energy storage owing to their high safety, environmental friendliness, and low cost. Within this context, halogen conversion cathodes stand out because they uniquely combine ultra-fast charging, earth-abundant resources, and straightforward recyclability, advantages that conventional cathodes cannot simultaneously achieve. Nevertheless, they remain plagued by numerous problems, including hydrolysis side reactions, shuttle effects, and insufficient confinement of halogen species. These issues cause poor Coulombic efficiency, low energy efficiency, and short cycle life, severely limiting their commercial viability. Two-dimensional (2D) ionic crystalline microporous polymers (i-CMPs), featuring ordered frameworks with tunable ionic groups and well-defined transport pathways, represent an unexplored yet promising platform to regulate halogen transport and interfacial reactions. However, the fundamental mechanisms linking i-CMP structural design to halogen conversion reversibility, kinetics, and durability remain unknown. Here, I propose the ground-breaking concept of employing function-customisable i-CMPs as hosts and additives to regulate halogen species, ions, and water transport and advance the practical RABs. By leveraging ionic side-chain engineering with variations in group type, length, and charge density, structurally stable 2D i-CMPs will be synthesised to enable selective mass transport, targeted immobilization of halogen, and suppressed hydrolysis side reactions. An integrated operando characterization and electrochemical evaluation, featuring the first combination of X-ray computed tomography and X-ray fluorescence, enables non-destructive 3D detection of halogen spatial distribution in real time. This project will establish i-CMP design principles for polymer energy storage, guiding the development of optimal i-CMPs and enabling practical RABs with conversion-type cathodes.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Coordinador

TECHNISCHE UNIVERSITAET DRESDEN
Aportación neta de la UEn
€ 202 125,12
Dirección
HELMHOLTZSTRASSE 10
01069 Dresden
Alemania
Región
Sachsen Dresden Dresden, Kreisfreie Stadt
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
Sin datos