SLAP - Stabilizacja anod litowo-metalowych za pomocą dodatków elektrolitycznych na bazie porfiryny
Czas trwania: 2023 - 2026
Technologia akumulatorów litowo-jonowych (LIB) zajmują obecnie wiodące miejsce wśród rozwiązań technologicznych dla akumulatorów. Jednak LIB osiągają obecnie swoje granice wydajności. To ograniczenie może zostać przezwyciężone, dzięki opracowaniu akumulatorów litowo-metalowe (LMB), które mają anodę litową zamiast kompozytu litowo-węglowego stosowanego w LIB. Wdrożenie opisanej powyżej technologii zwiększyłoby pojemność anodową ponad dziesięciokrotnie. Wykorzystanie anody litowej zwolni dodatkową przestrzeń w akumulatorze umożliwiając wkomponowanie większej ilości materiału katody, co sprawi, że fosforan litowo-żelazowy (LFP), nietoksyczny, trwały materiał katodowy, stanie się bardziej opłacalny w znacznie szerszym zakresie komercyjnych zastosowań. Jednak komercjalizacja LMB jest utrudniona przez fakt, że wysokowydajne ciekłe elektrolity stosowane w LIB nie zapobiegają tworzeniu się metalicznych dendrytów litowych podczas wielokrotnego ładowania i rozładowywania, które mogą prowadzić do zwarć wewnątrz akumulatora i potencjalnie katastrofalnej awarii. Niniejszy wniosek o finansowanie dotyczy opracowania skutecznego rozwiązania tego problemu, polegającego na dodaniu pewnych pochodnych porfiryny do elektrolitu w ogniwach litowych, co umożliwi zwiększenie długości życia baterii. Efekt ten jest przypuszczalnie spowodowany włączeniem pochodnych porfiryny do warstwy na granicy ciało stałe-elektrolit (SEI). Efekt ten może być ściśle związany z występowaniem pochodnych porfiryny, ale może również wystąpić w przypadku innych pochodnych porfiryny lub ftalocyjaniny – dalej określanych jako makrocykle tetrapirolowe (TPM). Tak zmodyfikowany SEI jest ewidentnie skuteczniejszy w długookresowym zapobieganiu tworzeniu się dendrytów. Pomyślne wdrożenie tego efektu byłoby przełomem w rozwoju akumulatorów litowych o dużej pojemności.
Celem projektu jest pokazanie wykonalności opisanego wyżej podejścia w kierunku komercyjnej realizacji LMB z ciekłym elektrolitem i dodatkami molekularnymi. Aby osiągnąć założony cel planowane jest: eksperymentalne zbadanie struktury i procesu powstawania zmodyfikowanego SEI utworzonego przez pochodne porfiryny jako podstawy do dalszej optymalizacji elektrolitu; opracowanie modeli obliczeniowych podstawowej struktury oraz właściwości funkcjonalnych i mechanicznych zmodyfikowanego SEI w celu przewidywania ścieżek dalszej optymalizacji; opracowanie zoptymalizowanego składu elektrolitu na skalę laboratoryjną do zastosowania w LMB z dostępnym na rynku materiałem katodowym; wyprodukowanie urządzenia demonstracyjnego i zweryfikowanie jego działania.