Implementarea tehnologiilor de stocare bazate pe baterii post Li: noi perspective privind tranziția către o nouă generație de baterii pe bază de sodiu și sulf – BatNaS
Responsabil proiect – Dr. ing. Mihaela Buga
Obiective
- Dezvoltarea de noi materiale inovative – heterostructuri de catozi pe bază de sulf – aerogeluri cu conținut de sulf pornind de la diferiți precursori și materiale carbonice (grafenă, carbon mezoporos și nanotuburi de carbon cu perete multiplu) care să contribuie la inhibarea volumului de expansiune a sulfului;
- Dezvoltarea unei tehnologii de producere a electrozilor pe bază de sulf cu densitate mare de energie;
- Dezvoltarea unor noi sisteme electrolit-aditiv și studiul privind impactul aditivilor de electrolit asupra polisulfurilor de litiu și stabilității electrolitului;
- Dezvoltarea de celule de tip pouch Li-S;
- Proiectarea, asamblarea și testarea bateriilor Na-metal cu/fără anod, progresând domeniul de la TRL1 la TRL4;
- Optimizarea designului electrolitului pentru a permite transportul și transferul eficient al cationilor la interfețele/interfazele anodului Na-metal și în interiorul catodului.
Scop
Scopul proiectului este de a dezvolta și valida o nouă generație de baterii pe bază de ioni de sodiu și sulf, durabile, de înaltă performanță și sigure pe parcursul întregului ciclu de viață, bazate exclusiv pe elemente abundente (Na, Fe, C, H, S, N, P și O), care ar trebui să scadă costurile de producție și să atenueze preocupările privind furnizarea de materiale critice a bateriilor viitoare. Propunerea de proiect abordează aspectele sociale, economice și de mediu, legate de nouă generație de baterii pe bază de sodiu și sulf. Această tehnologie disruptivă este susținută de un lanț valoric european solid al bateriilor în Europa
Faze
Faza 1. Sinteza de noi materiale active pe bază de sulf pentru catod
Termen de predare: 15 Mai 2023
Obiective faza:
- Sinteza de aerogeluri cu conținut de sulf pornind de la Na2S2O3 și material carbonic (grafenă, carbon mezoporos și nanotuburi de carbon cu perete multiplu);
- Sinteza de aerogeluri cu conținut de sulf pornind de la uree și tiouree;
- Sinteza de aerogeluri cu oxid de grafenă redus și conținut de sulf pornind de la Na2S și acid ascorbic;
Faza 2. Selecția, evaluarea și caracterizarea catozilor pe bază Na
Termen de predare: 15 Noiembrie 2023
Obiective faza:
- Profilarea electrozilor comerciali de Na0.44MnO2, Na0.7MnO2+x, NaFePO4, și stabilirea sistemelor de electroliți pe bază de Na glyme/eter;
- Caracterizarea morfologică și fizico-chimică a electrozilor înainte de testare;
- Asamblare celule Li-ion de tip CR2032 cu anod metalic de sodiu și substrat de cupru;
- Testare electrochimică;
- Caracterizarea morfologică și fizico-chimică a electrozilor după testare;
Faza 3. Prepararea și caracterizarea electrozilor pe bază de sulf
Termen de predare: 15 Aprilie 2024
Obiective faza:
- Prepararea de amestecuri de electrozi (paste – catozi de sulf) pe bază de noi materiale dezvoltate;
- Depunerea electrozilor folosind tehnologia roll-to-roll;
- Prepararea de amestecuri de electrozi (suspensii – catozi de sulf) pe bază de noi materiale dezvoltate;
- Depunerea amestecurilor de electrozi folosind tehnologia de depunere layer by layer;
- Presarea electrozilor – calcule privind densitatea electrozilor, loading-ul de material activ;
Faza 4. Optimizarea metodelor de realizare a catozilor pe bază de sulf
Termen de predare: 13 Decembrie 2024
Obiective faza:
- Optimizarea metodei de preparare de amestecuri de electrozi (catozi de sulf) pe bază de noi materiale dezvoltate;
- Presarea electrozilor – calcule privind densitatea electrozilor, loading-ul de material activ;
- Profilarea electrozilor;
- Asamblare celule Li-S în configurație CR2032 half-cell și cu 3 electrozi – PatCell;
- Testare celule ;
Faza 5. Stabilitatea anodică a electrolților pe bază de eteri
Termen de predare: 15 Iulie 2025
Obiective faza:
- Formulare de electroliți inovatori pe bază de Na și aditivi;
- Testare în celule coin CR2032;
Faza 6. Evaluarea electrochimică a electrozilor pe bază de sulf prin integrarea în celule de tip Li-S de tip pouch
Termen de predare: 31 Decembrie 2025
Obiective faza:
- Asamblare celule Li-S;
- Formatare celule / Testare electrochimică;
- Caracterizare post-mortem a componentelor interne;
Faza 7. Optimizarea procesului de placare cu sodiu metalic pe diferite substraturi pilot. Indicații pentru fabricație. Testare și validare sisteme (L36)
Termen de predare: 14 August 2026
Obiective faza:
- Experimente privind tratarea mecanică și electrochimică cu impact asupra morfologiei suprafeței;
- Selecția și optimizarea procesului de placare/stripare electrochimică a metalului Na pe diferite substraturi (Cu, Al, Ni, C) în vederea obținerii unei structuri cristaline cu diferiți parametri;
- Asamblare celule Na-ion în configuratie CR2032 și cu 3 electrozi PatCell cu și fără anod;
Faza 8. Designul, asamblarea și testarea celulelor cu ioni de sodiu
Termen de predare: 15 Decembrie 2026
Obiective faza:
- Asamblare celule Na-ion fără anod de tip pouch;
- Testare electrochimică celule Na-ion fără anod de tip pouch;
- Caracterizare post-mortem a componentelor interne după testarea electrochimică;
- Optimizare metodologie asamblare celule Na-ion fără anod de tip pouch.
© 2023 I.C.S.I. Rm. Vâlcea