Opis projektu
Badania pozwolą na opracowanie ulepszonych akumulatorów litowo-siarkowych
Akumulatory litowo-siarkowe zdają się być idealną technologią, która zastąpi konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe dzięki niższej cenie oraz większej gęstości energii. Niestety, osiągane dotychczas parametry nie spełniały oczekiwań pokładanych w tej technologii, ponieważ nie dorównywały teoretycznym założeniom. Trudności związane z rozmieszczeniem stosownej ilości siarki na porowatej katodzie węglowej ogranicza możliwości pełnego rozwinięcia potencjału elektrochemicznego tej technologii. Uczestnicy finansowanego przez Unię Europejską projektu NanoEvolution zamierzają zwrócić uwagę na pewne aspekty, które do tej pory nie są jeszcze dostatecznie zbadane i zrozumiane. Członkowie zespołu zamierzają zająć się zagadnieniem transportu masy i ładunku w akumulatorach litowo-siarkowych oraz lepiej opisać mechanizmy reakcji elektrochemicznych, zwłaszcza wieloetapowej reakcji redukcji siarki. Zarówno modelowanie, jak i przeprowadzone doświadczenia pozwolą nam na lepsze zrozumienie kinetyki i morfologii procesu odkładania związków litu i siarki na elektrodach węglowych o niespotykanej dotąd długości.
Cel
Lithium-sulfur (Li-S) batteries are considered a strategic candidate to achieve both significantly higher energy storage and better sustainability than current Lithium-ion batteries. They operate by converting sulfur into lithium sulfide and back on discharge/charge. However, practically achieved energies are far from theoretical values due to difficulties to load sulfur in high areal and volume density in the porous carbon cathode and to fully use it electrochemically. Current experimental techniques are strong in aspects, but fail to combine the required coverage of length scales ranging from sub-nanometers to micrometers in the crucial real-time in situ fashion.
NanoEvolution aims to i) identify nanoscale structure-transport-performance correlations, ii) understand capacity limitations and reaction mechanisms, and iii) derive design criteria for improved Li-S battery performance. To achieve these goals, structure-sensitive in situ scattering and imaging methods during electrochemically operating custom-built in situ Li-S cells will be implemented. Specifically, in situ small and wide angle X-ray scattering (SWAXS) will be established and synergistically combined with nanoscale phase evolution modelling for data analysis. In situ nanoscale X-ray tomography will be realized to achieve continuous structural sensitivity from (sub-)nanometer (SWAXS) to sub-micrometer scales (tomography).
The novel combination of modelling and structure-sensitive in situ experiments allows real-time detection of the Li2S/sulfur morphology and location within the nanoporous carbon electrode during charge and discharge, at length scales so far not accessible to other methods. This allows to determine the final cause for capacity limitation (mass transport vs. charge transport), ii) elucidate the nature of the multiple-step sulfur reduction (oxidation) reaction, and iii) derive design criteria for improved sulfur loading, capacity utilization, and power densities.
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Koordynator
8092 Zuerich
Szwajcaria