National Research And Development Institute For Cryogenic And Isotopic Technologies


Configuratie hibrida Supercapacitor – Tehnologie Litiu-ion cu performanta mixta de energie si putere


        Prezentare schematica a obiectivelor proiectului

Scop

Promovarea know-how-ului stiintific si tehnic al unui sistem electrochimic hibrid de stocare a energiei ce combina simultan – densitatea de energie si putere. In acest sens, se va realiza o combinatie sinergetica intr-un singur dispozitiv – celula sau electrod – condensator cu strat dublu (Supercapacitor) si tehnologia Li-ion.promovarea know-how-ului stiintific si tehnic al unui sistem electrochimic hibrid de stocare a energiei ce combina simultan – densitatea de energie si putere. In acest sens, se va realiza o combinatie sinergetica intr-un singur dispozitiv – celula sau electrod – condensator cu strat dublu (Supercapacitor) si tehnologia Li-ion.

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 

Prin accesarea site-ului nostru sunteți de acord cu utilizarea cookie-urilor, ceea ce ne permite să analizăm preferințele și să vă propunem servicii personalizate adaptate nevoilor dumneavoastră.