Descripción del proyecto
Una nueva forma de almacenar energía
El almacenamiento de energía ha sido durante mucho tiempo un reto acuciante, pero hay una forma de cambiar esa narrativa. Una de las soluciones consiste en el avance de las baterías, que son los elementos clave del almacenamiento de energía. Las actuales baterías de iones de litio se quedan cortas en términos de densidad energética, lo que limita su potencial. En este contexto, el equipo del proyecto OMICON, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se centrará en el desarrollo de materiales para baterías que prometan un cambio de paradigma en la densidad energética. Su innovador método aprovecha reacciones fundamentalmente diferentes, como la aleación de silicio y la reducción de oxígeno. Sin embargo, estos materiales se enfrentan a dos obstáculos comunes: los elevados cambios de volumen durante los ciclos y la escasa conductividad. La solución propuesta por el equipo del proyecto consiste en sustituir los aditivos y aglutinantes conductores tradicionalmente utilizados en los electrodos de las pilas por conductores orgánicos flexibles mixtos de iones y electrones.
Objetivo
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
Ámbito científico
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-STG - Starting GrantInstitución de acogida
8010 Graz
Austria