Descrizione del progetto
Nuovi materiali catodici per batterie agli ioni di sodio ad alta tensione e alta densità di energia
Le batterie agli ioni di sodio sono candidati promettenti per un potenziale stoccaggio elettrico nelle applicazioni di rete. Tuttavia, la loro commercializzazione è ostacolata dalla mancanza di catodi con alta tensione di uscita che forniscono alta densità di energia. Per affrontare questi inconvenienti, il progetto Mixed Anion Cathodes, finanziato dall’UE, si propone di progettare una nuova classe di composti anionici misti chiamati ossifluoruri di vanadio che forniranno elevate capacità specifiche a una tensione di funzionamento più elevata (≥ 3 V). I nuovi materiali catodici saranno sintetizzati tramite fluorurazione parziale utilizzando reagenti organici non pericolosi e metodi assistiti da microonde con contenitore singolo. I catodi del progetto verranno utilizzati per fabbricare batterie agli ioni di sodio ad alta densità di energia per un efficiente stoccaggio di rete.
Obiettivo
Sodium-ion batteries (SIBs) are being developed and explored as potential electric storage for the grid applications due to infinite resources for sodium at cheaper price. The major impediment for its commercialization is unavailability of cathodes that possesses high output voltage and delivers high energy density. The state-of-art SIB positive electrodes consist of cathodes with the highest output potential (≤ 3.5 V) exhibiting lower specific capacities (150 mAh/g) while V2O5 cathodes delivered high specific capacity (225 mA/g) at low potential (2.5 V). Therefore, it will beneficial to design cathodes with high output voltage and capacity to build high energy density SIBs.
In this project, the above drawbacks are mitigated by designing a new class of mixed anion compounds, vanadium oxyfluorides as novel cathode materials which are expected to deliver high specific capacities at higher operating voltage (≥ 3 V). These compounds are synthesized by partial fluorination using a non-hazardous organic reagents and novel one-pot microwave assisted methods. The as-prepared materials are characterized to identify their chemical compositions and crystallography using TEM, neutron and synchrotron diffraction techniques. These cathodes are subjected to electrochemical testing in a typical CR2032 coin cells. The solid state NMR is used to study the local structure and Na+ mobility inside cathode host while in-situ XPS provides insight into change in electrode composition at various stages of cycling. The electrochemical pulsed technique and impedance spectroscopy are used to determine diffusion coefficient of Na+ and electrochemical mechanism. The optimized materials will be further tested in a pouch cells resembling a real device. Therefore, this project elucidates the designing of a new class of mixed anions cathodes with high output voltage (≥ 3 V) and deliver high specific capacity (225 mAh/g) for fabricating high energy density SIBs (675 Wh/kg) for efficient grid storage.
Campo scientifico
- natural scienceschemical scienceselectrochemistry
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistryalkali metals
- natural sciencesearth and related environmental sciencesgeologymineralogycrystallography
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistrytransition metals
- natural sciencesphysical sciencesopticsspectroscopy
Parole chiave
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Coordinatore
28040 Madrid
Spagna