Projektbeschreibung
Neue Art, Energie zu speichern
Die Energiespeicherung stellt seit langem eine drängende Herausforderung dar, aber es besteht eine Möglichkeit, diese Sichtweise zu ändern. Eine Lösung liegt in der Weiterentwicklung von Batterien, die von großer Bedeutung für die Energiespeicherung sind. Die derzeitigen Lithium-Ionen-Batterien weisen eine geringe Energiedichte auf, wodurch ihr Potenzial beschränkt ist. In diesem Zusammenhang wird sich das ERC-finanzierte Projekt OMICON auf die Entwicklung von Batteriematerialien konzentrieren, die einen Paradigmenwechsel hinsichtlich der Energiedichte versprechen. Sein innovativer Ansatz nutzt grundlegend andere Reaktionen wie die Siliziumlegierung und Sauerstoffreduktion aus. Diese Werkstoffe sind jedoch mit zwei gemeinsamen Hindernissen konfrontiert: erheblichen Volumenänderungen während des Zyklus und schlechter Leitfähigkeit. Die Lösung des Projekts besteht also darin, die herkömmlichen leitenden Additive und Bindemittel, die in Batterieelektroden eingesetzt werden, durch flexible organische Mischionen- und Elektronenleiter zu ersetzen.
Ziel
Energy storage is undeniably amongst the greatest societal challenges. Batteries will be key enablers but require major progress. Battery materials that promise a step-change in energy density compared with current Li-ion batteries rely on fundamentally different reactions to store charge, e.g. Si alloying or O2 reduction instead of intercalation. They have in common high volume changes on cycling and poor conductivity. For the active component of a battery electrode to function it must be simultaneously in contact with ionic and electronic pathways to electrolyte and current collector. State-of-the-art conducting additives and binders in the composite electrodes cannot ensure ideal contact for such materials and fail to exploit their full potential.
In this project I directly target these fundamental challenges of high-energy batteries by replacing now used conducting additives and binders with flexible organic mixed ion and electron conductors that follow volume changes to ensure at any stage intimate contact with ions and electrons. This requires progress with the fundamental science of such conductors, for which to achieve we develop and combine synthetic, electroanalytic and spectroscopic methods, aided by theory. Mixed conducting polymer gels, designed for the particular storage material, shall be elaborated for two ultra-high capacity electrodes, the O2 cathode and the Si anode.
The significant advantage, next to intimate contact, is that the packing density of active material can be maximized. This boosts energy stored by total electrode mass and volume by rigorously cutting the amount of non-active materials compared with current approaches. The expected overriding scientific impact includes improved understanding of mixed conductors concerning synthesis, structure, conductivity and their behaviour in the complex battery environment. This opens up new perspectives for the realm of high-capacity battery materials that demand such a breakthrough to succeed
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
8010 Graz
Österreich