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Organic Mixed Ion and Electron Conductors for High-Energy Batteries

Descrizione del progetto

Un nuovo modo di accumulare l’energia

L’accumulo di energia è stato per lungo tempo una sfida pressante, ma c’è un modo per cambiare questa situazione: una soluzione è rappresentata dal progresso delle batterie, che sono i fattori abilitanti chiave in questo campo. Le attuali batterie agli ioni di litio non sono all’altezza in termini di densità energetica, con conseguente limitazione del loro potenziale. In questo contesto, il progetto OMICON, finanziato dal CER, si concentrerà sullo sviluppo di materiali per batterie che promettono un cambiamento epocale nella densità energetica. Il suo approccio innovativo sfrutta reazioni fondamentalmente diverse, come la creazione di leghe al silicio e la riduzione dell’ossigeno. Questi materiali, tuttavia, devono affrontare due ostacoli comuni: elevate variazioni di volume durante i cicli e scarsa conduttività. La soluzione del progetto consiste quindi nel sostituire i tradizionali additivi e leganti conduttori utilizzati negli elettrodi delle batterie con conduttori organici flessibili e misti a ioni ed elettroni.

Obiettivo

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

Meccanismo di finanziamento

ERC-STG - Starting Grant

Istituzione ospitante

TECHNISCHE UNIVERSITAET GRAZ
Contribution nette de l'UE
€ 1 494 253,75
Indirizzo
RECHBAUERSTRASSE 12
8010 Graz
Austria

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Regione
Südösterreich Steiermark Graz
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 494 253,75

Beneficiari (1)