Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice și Izotopice Ramnicu Valcea


Dezvoltarea de electroliti solizi, cu conductivitate ultra-ridicata, si electrozi cu stabilitate ciclica imbunatatita pentru baterii solid-state


Obiective

Obiectivul principal al proiectului este dezvoltarea de electroliti cu conductivitate ultra-ridicata si electrozi cu stabilitate ciclica imbunatatita prin SSB. Atingerea acestui obiectiv se face prin urmatoarele obiective specifice:
– sinteza unor electroliti tip polimeri nano-compoziti, cu conductivitati mai mari de 10-3 S/cm, la temperatura camerei, si cu un numar de transfer al ionilor de Li+>0.95;
– dezvoltarea de metode functionale de acoperire (de exemplu: LiNbO3, SiO2) pentru materialul catodic LiFePO4 (LLP) pentru a imbunatati/optimiza interfata electrod-electrolit avand peste 1000 de cicluri;
– dezvoltarea unui ansamblu catod-electrolit cu rezistenta de interfata mai mica de 20 Ωcm;
– sinteza unui material anodic, pe baza de TiO2 (TiO2 NT), cu o capacitate specifica mai mare de 300 mAh/g, avand peste 1000 de cicluri;
– integrarea materialelor anodice, de generatie urmatoare (de exemplu: TiO2 NT), in SSB pentru o durata de viata si o densitate de energie imbunatatita;
– optimizarea designului SSB pentru a promova o trecere usoara a fabricarii SSB de la scara de laborator la scara industriala, reciclabilitatea si metode de sinteza ecologice;
– stabilirea de protocoale de lucru privind implementarea tehnologiei de obtinere a SSB;
– demonstrarea obtinerii unei SSB cu o energie specifica mai mare de 150 Wh/kg avand peste 1000 de cicluri.

Responsabil proiect: Dr. chim. Ciprian Iacob

Faze

Anul 2019

FAZA 1Elaborarea si optimizarea unei celule electrochimice pentru prepararea de membrane nano-poroase de SiO2 (pSiO2) (de diferite grosimi si porozitati), cu pori paraleli si unidirectionali, variind sistematic diametrul nano-porilor prin controlul parametrilor de anodizare
Termen de predare: 15.05.2019
Obiective faza:
– optimizarea constructiei celulei electrochimice si a software-lui ce controleaza parametrii electrochimici ai celulei de anodizare, in vederea obtinerii de membrane pSiO2 cu diametre de 240 mm;
– optimizarea parametrilor electrochimici, a rezistivitatii Si, precum si a concentratiei electrolitului in vederea obtinerii de pSiO2 cu porozitati cuprinse intre 7 si 67% si diametrul porilor cuprins intre 2 si 12 nm.
Livrabile:
– celula de anodizare optimizata pentru diametre ale membranei mai mari de 240 nm;
– nano-particule de pSiO2 (cu dp=2-12 nm) caracterizate;
– articol trimis spre publicare in reviste ISI cu factor de impact;
– raport stiintific de activitate, care sa evidentieze modul de indeplicire a obiectivelor propuse, problemele intampinate, modul de solutionare, limitarile existente si modul de abordare pentru solutionare, trimis la autoritatea contractanta.

FAZA 2Sinteza si caracterizarea structurilor nano-poroase pSiO2 obtinute prin metoda sol-gel
Termen de predare: 14.08.2019
Obiective faza:
– optimizarea retetelor chimice de sinteza, prin metoda sol-gel, pentru obtinerea de nano-particule de pSiO2 cu structura hexagonala 2D bine definita;
– caracterizarea nano-particulelor pSiO2 folosind izotermele de N2-adsorbtie/desorbtie, XRD si SEM.
Livrabile:
– validare metoda pentru obtinerea pSiO2, prin sol-gel, avand structura hexagonala 2D, cu dp controlabile;
– pSiO2 (cu dp= 2-12 nm) caracterizate;
– solicitare cerere de brevet;
– articol trimis spre publicare in reviste ISI cu factor de impact;
– raport stiintific de activitate trimis la autoritatea contractanta.

FAZA 3Sinteza si caracterizarea polielectrolitului nano-compozit
Termen de predare: 10.12.2019
Obiective faza:
– functionalizarea si optimizarea pSiO2 prin utilizarea unui precursor de silice cu o grupare imidica, ce prezinta legaturi anionice slabe, cu grupari de poli(etilen) glicol (PEG);
– modelare si simulare, la scara microscopica, a SSB de tip pouch prin folosirea software-lui ANSYS Fluent.
Livrabile:
– membrane nano-compozit, cu diferite procente de pSiO2, functionalizate si caracterizare;
– raport tehnic privind modelul multi-dimensional folosit;
– raport stiintific de activitate trimis la autoritatea contractanta.

Anul 2020

FAZA 4Carcaterizarea fizico-chimica a polielectrolitului nano-compozit
Termen de predare: 15.04.2020
Obiective faza:
– caracterizarea fizico-chimica a electrolitului nano-compozit folosind DSC, SAXS/WAXS, AFM si masuratori reologie.
Livrabile:
– raport tehnic cu caracterizarea electrolitului nano-compozit prin metode fizico-chimice;
– raport stiintific de activitate trimis la autoritatea contractanta;
– workshop-ul „Solid-state Batteries: present and future„.

FAZA 5Caracterizarea electrochimica a polielectrolitului nano-compozit
Termen de predare: 13.08.2020
Obiective faza:
– caracterizarea electrochimica a electrolitului nano-compozit folosind spectroscopia de banda larga (BDS), C-V.
Livrabile:
– raport tehnic cu caracterizarea electrolitului nano-compozit prin metode electrochimice (cu conductivitati mai mari de 10-3 S/cm, la temperatura camerei si cu un numar de transfer al ionilor de Li+>0.95);
– articol trimis spre publicare in reviste ISI cu factor de impact;
– raport stiintific de activitate trimis la autoritatea contractanta.

FAZA 6Sinteza si modificarea materialelor pentru electrozi
Termen de predare: 10.12.2020
Obiective faza:
– sinteza, modificarea si caracterizarea anodului pe baza de nanotuburi de TiO2 obtinut prin anodizare electrochimica;
– elaborarea catodului LFP prin acoperire cu LiNbO3, Li2TiO3 si SiO2, optimizarea compozitiei si caracterizarea fizica.
Livrabile:
– raport tehnic cu sinteza electrochimica, optimizare a materialului anodic (sinteza unui material anodic pe baza de TiO2 NT cu o capacitate specifica mai mare de 300 mAh/g avand peste 1000 de cicluri);
– raport tehnic cu modificarea, prin acoperire, si optimizarea materialului catodic (dezvoltarea de metode functionale de acoperire, de exemplu LiNbO3, SiO2, pentru materialul catodic LFP pentru a imbunatati/optimiza interfata electrod-electrolit avand peste 1000 de cicluri);
– raport stiintific de activitate trimis la autoritatea contractanta.

Anul 2021

FAZA 7Caracterizarea fizico-electrochimica a electrozilor
Termen de predare: 15.04.2021
Obiective faza:
– caracterizarea fizico-electrochimica a electrozilor, precum si analiza post-mortem;
– testarea electrozilor in celule de tip „coin” folosind electrolit nano-compozit si compararea cu celule folosind electroliti state-of-the-art.
Livrabile:
– raport tehnico-stiintific cu caracterizarea fizico-electrochimica a electrozilor;
– raport tehnico-stiintific cu rezultatele testarii primelor baterii de tip „coin” cu electroliti state-of-the-art (dezvoltarea unui ansamblu catod-electrolit cu o rezistenta de interfata mai mica de 20 Ωcm);
– raport stiintific de activitate trimis la autoritatea contractanta.

FAZA 8Integrarea electrozilor si a polielectrolitului nano-compozit
Termen de predare: 13.08.2021
Obiective faza:
– integrarea electrozilor/electrolitului nano-compozit prin optimizarea concentratiei de electrolit folosit.
Livrabile:
– metodologia de integrare electrod-electrolit, integrarea materialelor anodice de generatie urmatoare (de exemplu, TiO2 NT) in SSB pentru o durata de viata si o densitate de energie imbunatatita;
– articol trimis spre publicare in reviste ISI cu factor de impact;
– raport stiintific de activitate trimis la autoritatea contractanta;
– workshop „Open-Day”.

FAZA 9Evaluarea stabilitatii chimice a interfetei electrolit/electrod
Termen de predare: 10.12.2021
Obiective faza:
– evaluarea stabilitatii chimice a interfetei electrolit/electrod prin masuratori de SEM-EDX si XPS.
Livrabile:
– stabilitate chimica a interfetei electrod/electrolit caracterizata prin SEM-EDX si XPS;
– raport stiintific de activitate trimis la autoritatea contractanta.

Anul 2022

FAZA 10Evaluarea electrochimica si optimizarea interfetei electrod/electrolit si a capacitatii de stocare a energiei si a ciclului de viata al interfetei electrod/electrolit
Termen de predare: 15.04.2022
Obiective faza:
– caracterizarea electrochimica si optimizarea interfetei electrod/electrolit.
Livrabile:
– interfata electrod/electrolit caracterizata electrochimic si rezultate comparate cu analiza „post-mortem” pentru determinarea degradarii electrod/electrolit;
– solicitare cerere de brevet;
– articol trimis spre publicare in reviste ISI cu factor de impact;
– raport stiintific de activitate trimis la autoritatea contractanta.

FAZA 11Elaborarea de celule de dimensiuni mici, de tip „coin”, urmata de proiectarea la scara mare a SSB de tip „pouch”
Termen de predare: 12.08.2022
Obiective faza:
– confectionarea de baterii de tip „coin” si „pouch” de 100 mAh, urmata de optimizarea chimiei si a designului pentru elaborarea unei baterii de 1000 mAh.
Livrabile:
– baterii de tip „coin” si „pouch” de 100 mAh si bateria optimizata de 1000 mAh;
– articol trimis spre publicare in reviste ISI cu factor de impact;
– raport stiintific de activitate trimis la autoritatea contractanta.

FAZA 12Evaluarea performantei si a duratei de viata in cazul „imbatranirii” accelerate a SSB. Analiza post-mortem si compararea cu celulele SSB de tip „pouch” obtinute cu bateriile „state-of-the-art” pe baza de Li.
Termen de predare: 09.12.2022
Obiective faza:
– formatarea bateriei si evaluarea duratei de viata pentru 1000 de cicluri de incarcare si stabilirea de protocoale de imbatranire accelerata;
– protocoale de tip cauza-efect pentru evaluarea performantei bateriei si comparare cu bateriile comerciale.
Livrabile:
– obtinerea unei baterii SSB cu o energie specifica mai mare de 150 Wh/kg, avand peste 1000 de cicluri;
– raport detaliat privind bateriile SSB si comparatia cu cele „state-of-the-art”;
– solicitare cerere de brevet;
– articol trimis spre publicare in reviste ISI cu factor de impact;
– raport stiintific de activitate final trimis la autoritatea contractanta.

© 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.