Titlul proiectului: ”O nouă baterie pe bază de lichide ionice şi anod nanostructurat”

Acronim: BATIOLNAN

Tip proiect: National

 

Este un proiect ce se referă la designul şi elaborarea unui nou tip de baterie electrochimică cu densitate mare de energie. Această corelaţie vine din mai multe direcţii: automobile electrice, care le înlocuiesc pe cele propulsate de motoarele de combustie, stocare de energie (în principal provenind de la surse “verzi” inconstante), creşterea eficienţei bateriilor utilizate ca surse de energie pentru diferite instrumente electronice.

Este o baterie inovatoare ce, include noi anozi nanostructuraţi, un electrolit nou, pe bază de lichide ionice şi introducerea de noi cationi la anod, metalul activ, Li, fiind înlocuit cu Mg şi / sau Al.

O parte esenţială a provocării implicată de acumulatorul de mai sus este proiectarea de noi materiale nano-texturate utilizate ca electrozi negativi ai bateriilor. Vom testa două tipuri de noi materiale nanostructurate anodice: unul bazat pe dioxid de titan (TiO2 nanotuburi şi nanopulberi) şi altul pe compuşi intermetalici nanostructuraţi, cum ar fi NiSn, CoSn şi CoSb, în scopul de a creşte suprafaţa specifică a electrodului şi de a îmbunătăţi performanţa bateriei prin inserarea mai uşoară a ionilor. Folosirea dioxidului de titan (TiO2) ca material anodic gazdă poate fi profitabilă, deoarece costul său este redus, metodele de obţinere a structurilor controlate sunt bine cunoscute şi accesibile, structura sa este o gazdă primitoare pentru cationi. Compuşii intermetalici, în special cei de staniu, sunt materiale anodice foarte promiţătoare pentru bateriile cu Li, şi se pare că astfel de structuri sunt esenţiale în cazul Mg.

Electrolitul propus a fi studiat şi folosit în acest proiect este un lichid ionic sintetizat prin combinarea unui cation bazat pe imidazolium cu anioni TFSI, amestecat cu lichide ionice pe bază de pirolidină (PY). În acest fel vor fi îndeplinite cerinţele esenţiale pentru electrolit, cum ar fi conductivitate mare, vâscozitate redusă, o fereastră electrochimică stabilă şi o valoare suficient de negativă a potenţialului de reducere.

Noi metale vor fi investigate în bateria noastră, pentru a înlocui Li, deoarece litiul este dificil de manevrat în condiţii normale, relativ costisitor şi nu prezintă performanţe suficient de înalte cerute de tehnologiile din zilele noastre. Ionii de magneziu şi aluminiu, pot constitui o alternativă, având în vedere valenţa mai mare, care oferă un avantaj distinct în capacitatea lor legată de densitatea de energie, în raport cu bateriile litiu-ion existente (1000 şi 1060 Wh/kg, respectiv, faţă de 406 Wh/kg).

Mai multe aspecte de noutate sunt asociate cu prezenta propunere de proiect: (i) structura materialelor care urmează să fie produse prin procese electrochimice precum nanostructururile de TiO2 nanotuburi şi compuşi intermetalici pentru anozi; (ii) intercalarea de ioni de magneziu şi aluminiu în materialele anodice de mai sus; (iii) utilizarea mai multor lichide ionice ecologice ca electroliţi în baterii; (iv) designul şi implementarea unui prototip de baterie. În timpul derulării experimentelor vor apărea aspecte suplimentare de noutate ale acestei cercetări, precum impactul impurităţilor metalice, formarea de dendrite (mecanism, metode de a inhiba creşterea lor, influenţa lor asupra numărului de cicluri încărcare / descărcare).

Această aplicaţie are un pronunţat caracter inter-, multi- şi trans-disciplinar, deoarece implică competenţe din mai multe domenii: electrochimie privită din ambele părţi – chimie şi fizică (electricitate), investigaţii mecanice şi termice etc.