Obiective
- Dezvoltarea de materiale nanocompozite carbon-siliciu (Si@CX);
- Retete privind prepararea de amestecuri destinate obtinerii de electrozi – Anozi pe baza de materiale nanocomposite Si@CX si – Catozi CX cu material carbonic activ;
- Protocoale de lucru privind implementarea tehnologiei de obtinere a electrozilor folosind linia pilot de producere a celulelor Li-ion;
- Caracterizarea fizico-chimica si morfologica a electrozilor;
- Caracterizarea electrochimica a electrozilor: celule half-cell (celule CR2032), configuratie cu 3 electrozi;
- Designul sistemului hibrid Supercapacitor – tehnologie LIB, celule de tip pouch si cilindrice 18650;
- Stabilirea electrolitilor compatibili cu sistemul hibrid propus, cu posibilitatea de dezvoltare de noi electroliti prin varierea tipului si concentratiei de aditivi;
- Analiza ciclului de viata (LCA), studii exploratorii de reciclare a sistemelor dezvoltate.
Responsabil proiect: Dr.ing. Mihaela Buga
Faze
FAZA 1 – Selecția, evaluarea si caracterizarea materialelor comerciale ce urmeaza a fi integrate in sistemul hibrid propus
Termen de predare: 15 Aprilie 2019
Obiective faza :
- studiul privind materialele CRM cu impact economic mare si risc de aprovizionare asupra lantului valoric viabil al bateriilor Li-ion in Europa, in conformitate cu obiectivele Comisiei Europene
FAZA 2 – Materiale nanocompozite pe baza de carbon-siliciu (Si@CX) pentru dezvoltarea de anozi
Termen de predare: 15 Noiembrie 2019
Obiective faza :
- Sinteza de materiale nanocompozite Si@CX:
- (i) introducerea Si prin impregnarea CX cu precursori
- (ii) introducerea precursorilor Si in timpul prepararii gelului organic
- Caracterizarea materialelor obtinute prin analiza XRD, TEM, TPD/R/O-MS, TG-MS, SEM-EDX, FTIR-ATR si 29Si- RMN
FAZA 3 – Prepararea si caracterizarea electrozilor pe baza de materiale nanocompozite Si@CX
Termen de predare:13 Martie 2020
Obiective faza :
- Realizare serii de amestecuri pentru electrozi, cu optimizarea conditiilor de preparare (mixare), urmata de depunerea acestora pe substrat metalic cu ajutorul sistemului compact de depunere
- Reologia amestecurilor si dispersiilor polimerice
- Optimizarea conditiilor de depunere fata (viteza, temperatura, grosime strat depus, incarcare material activ pe suprafata
- Retete de electrozi pe baza de apa – lianti solubili in apa
- Optimizarea procesului de presare (se vor stabili conditiile de presare), si profilare electrozi (pe dimensiuni stabilite)
- Obtinerea de electrozi multistrat Grafit // Si@CX // Grafit
- Caracterizarea electrozilor prin analiza XRD si SEM-EDAX
FAZA 4 – Studii electrochimice: celule half-cell, configuratie cu 3 electrozi pentru caracterizarea Si@CX
Termen de predare: 15 iunie 2020
Obiective faza :
- Investigarea raspunsului electrochimic, capacitatii de stocare si stabilitatea primului ciclu, eficienta primului ciclu, cu o tinta > 85%, > 99.9% ulterior eficienta mai scazută pentru continutul ridicat de Si si invers (voltametrie ciclica, EIS). Se va lua in considerare si pre-litierea, in cazul in care se obtine o eficienta scazuta a primului ciclu
- Testarea electrochimica a electrozilor in configuratie cu 3 electrozi si half-cell (CR2032)
- Corelarea rezultatelor cu caracteristicile structurale si texturale ale nanocompozitelor Si@CX
FAZA 5 – Materiale compozite pe baza de carbon cu densitate mare de energie CX (material carbonic activ) pentru dezvoltarea de catozi
Termen de predare: 13 Noiembrie 2020
Obiective faza :
- Obtinerea de materiale mezoporoase cu porozitate controlata – Xerogeluri de carbon (CX), prin metode similare celor de obtinere a compozitelor Si@CX
- Caracterizare electrozilor prin analiza FTIR-ATR, XRD si SEM-EDAX
FAZA 6 – Prepararea si caracterizarea electrozilor pe baza de carbon cu densitate mare de energie (CX)
Termen de predare:15 Martie 2021
Obiective faza :
- Realizare serii de amestecuri pentru electrozi CX, cu optimizarea conditiilor de preparare (mixare), urmata de depunerea acestora pe substrat metalic cu ajutorul sistemului compact de depunere
- Optimizarea conditiilor de depunere fata (viteza, temperatura, grosime strat depus, incarcare pe suprafata
- Retete de electrozi pe baza de apa – lianti solubili in apa
- Reologia amestecurilor si dispersiilor polimerice
- Optimizarea procesului de presare (se vor stabili condiiile de presare), si profilare electrozi CX (pe dimensiuni stabilite)
- Obtinerea de electrozi multistrat: CX, CX // LFP // NMC, CX // (LFP/NMC), CX // NMC // LFP
- Caracterizarea electrozilor prin analiza XRD si SEM-EDAX
FAZA 7 – Studii electrochimice: celule half-cell, configuratie cu 3 electrozi pentru caracterizarea CX
Termen de predare: 15 Iulie 2021
Obiective faza :
- Testarea electrochimica a electrozilor rezultati in Faza 6, in configuratie cu 3 electrozi si half-cell (CR2032)
- Corelarea rezultatelor cu caracteristicile structurale ale CX
FAZA 8 – Stabilirea electrolitilor compatibili cu sistemul hibrid, cu posibilitatea de dezvoltare de noi electroliti prin varierea tipului si concentratiei de aditivi
Termen de predare: 10 Decembrie 2021
Obiective faza :
- Testarea electrolitilor: 1.0M LiPF6 in EC/EMC=50/50 (v/v), 1.0M LiPF6 in EC/DMC=50/50 (v/v), 1.0M LiPF6 in EC/EMC/DMC=50/50/50 (v/v),1-butyl-1-methylpyrrolidiniumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide (BMP-BTI)
- Dezvoltarea de noi formulari de electroliti combinate cu fluorocarbonati sau alti compusi, pentru a optimiza proprietatile ionice, siguranta si interactiunea cu materialele de electrod
- Utilizarea lichidelor ionice ca electroliti, avand in vedere stabilitatea mai robusta a SEI, dar si stabilitatea la tensiune mare
- Definirea si optimizarea sistemului liant-polimer-solvent, proprietatile solutiei (concentratie, vascozitate, omogenitate etc.), aditivi (agenti de ingrosare, stabilizatori)
- Teste electrochimice (stabilitate anodica/catodica, umectare, studii de gonflare)
FAZA 9 – Designul sistemului hibrid Supercapacitor – tehnologie LIB, celule CR2032, celule de tip pouch si cilindrice 18650
Termen de predare:13 Mai 2022
Obiective faza :
- In functie de rezultatele obtinute, procesul de realizare a electrozilor se va reproduce pentru celulele cu suprafete mari (pouch si cilindrice-18650).
- Realizare serii de amestecuri pentru electrozi – anozi/catozi, cu optimizarea conditiilor de preparare (mixare), urmata de depunerea acestora pe substrat metalic cu ajutorul sistemului compact de depunere
- Optimizarea conditiilor de depunere fata-verso (viteza, temperatura, grosime strat depus, incarcare pe suprafata
- Optimizarea procesului de presare (se vor stabili condiiile de presare), si profilare electrozi – anozi/catozi (pe dimensiuni stabilite)
- Dupa stabilirea designul celulelor hibrid, acestea vor fi asamblate si testate in configuratie full cell (celule CR2032, celule de tip pouch si cilindrice 18650)
OBS: Exista riscul aparitiei unei incompatibilitati intre compozitele CX si Si@CX, izolarea electrica, obturarea porilor. Se va studia efectul aditivilor in cazul electrolitilor, impactul fortei de presare asupra densitatii de putere, parametrii post-procesare ai electrozilor
FAZA 10 – Analiza ciclului de viata (LCA), studii exploratorii de reciclare a sistemelor dezvoltate
Termen de predare:15 Noiembrie 2022
Obiective faza :
- Evaluarea impactului asupra mediului asociat sistemului hibrid propus
- Software analiza de ciclu de viata Umberto NXT LCA
- Acces baza de date ecoinvent v3
- Materiale bibliografice disponibile online
- Studii exploratorii privind tehnologia de reciclare a electrozilor utilizati
© 2019 I.C.S.I. Rm. Vâlcea
|
