PFI-TT: Rechargeable Batteries with Ultrafast Charging Capability and Long Usage Time per Charge

PFI-TT:具有超快充电能力和每次充电使用时间长的充电电池

基本信息

  • 批准号:
    1918991
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-07-01 至 2024-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Partnerships for Innovation-Technology Translation (PFI-TT) project is to develop silicon-based rechargeable batteries that can charge fast and can maintain a charge longer. Such batteries will allow cell phones to be charged to their full capacity in 20 minutes, compared with current standards of 2 hours; and will extend usage time to 3 days, rather than 2, prior to needing recharging. The ultrafast charging batteries and high energy batteries would impact other important products, ranging from cameras and laptops to drones, power tools, electric forklifts, military devices, and others. Silicon-based high-energy batteries could reduce the cost and weight of the battery pack by 60% in electric vehicles. The scientific understanding derived from this project would enable translation of silicon-based battery technology into consumer electronics applications in the near term and electric vehicle applications in the longer term. The proposed project employs a novel, simple and low cost manufacturing method that can synthesize a new type of Si-based anode powder that exhibits unusual properties with ultrafast charging capability, high specific capacity and long cycle life simultaneously. The objective of this research is to overcome technical challenges in translating this new half-cell technology into full cell rechargeable batteries with unprecedented ultrafast charging capability, high specific energy and long cycle life. Six research tasks will be performed to address the challenges of low Coulombic efficiency and irreversible Li loss in the first formation cycle of full cells, cathode material design, correct matching of anode and cathode capacities for high specific energy, proper selection of cutoff voltages of full cells to minimize capacity decay during cycles, and design of full cells capable of ultrafast charging without Li plating. Three-electrode pouch cell investigation and post-mortem analysis of full cells with different active material loadings per unit area and charge/discharge rates after different cycles will be conducted to develop fundamental understanding and provide guidance to address the aforementioned challenges and achieve the research objective.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这种伙伴关系对创新技术翻译(PFI-TT)项目的更广泛的影响/商业潜力是开发基于硅的可充电电池,可以快速充电并可以保持更长的费用。与当前2小时的标准相比,这样的电池将使手机在20分钟内充分充电。并将使用时间延长至3天,而不是2天,而不是在需要充电之前。 超快充电电池和高能电池将影响其他重要产品,从相机和笔记本电脑到无人机,电动工具,电动叉车,军事设备等。 基于硅的高能电池可以将电池组的成本和重量降低60%。从该项目中得出的科学理解将使基于硅的电池技术在短期内将基于硅的电池技术转换为消费电子应用,并从长远来看将电动汽车应用转换为电动汽车应用。拟议的项目采用了一种新颖,简单和低成本的制造方法,可以合成一种新型的基于SI的阳极粉末,该粉末具有超快速充电能力,高特异性容量和长期循环寿命。这项研究的目的是克服技术挑战,以将这种新的半细胞技术转化为具有前所未有的超快充电能力,高特定能量和长期循环寿命的完整电池可充电电池。将执行六项研究任务,以应对完整细胞的第一个形成周期,阴极材料设计,正确匹配阳极和阴极能力的匹配,以适当选择全细胞的截止电压,以最大程度地减少周期中的容量衰减,以及在全面的li pl pl pl pl pl pl的情况下,可以最大程度地减少全细胞,以最大程度地减少全细胞的临界电压,以解决阳极材料设计和阴极容量的正确匹配,以适当选择全细胞的截止电压,以解决阳极材料和阴极容量的正确匹配,以应对较低的库仑效率和不可逆的LI损失的挑战。将进行不同周期后的全单位面积和电荷/放电率的完整细胞的三电极袋细胞调查和验尸分析,以建立基本的理解,并提供指导以应对上述挑战并实现研究目标。该奖项通过评估了NSF的法定任务,反映了对经过评估的支持,并已被评估构成的构成商品和基础。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Improving cycle stability of Si anode through partially carbonized polydopamine coating
  • DOI:
    10.1016/j.jelechem.2020.114738
  • 发表时间:
    2020-11-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Ashuri, Maziar;He, Qianran;Shaw, Leon L.
  • 通讯作者:
    Shaw, Leon L.
Silicon Microreactor as a Fast Charge, Long Cycle Life Anode with High Initial Coulombic Efficiency Synthesized via a Scalable Method
  • DOI:
    10.1021/acsaem.1c00351
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Qianran He;M. Ashuri;Yuzi Liu;BingYu Liu;L. Shaw
  • 通讯作者:
    Qianran He;M. Ashuri;Yuzi Liu;BingYu Liu;L. Shaw
Examining Effects of Negative to Positive Capacity Ratio in Three-Electrode Lithium-Ion Cells with Layered Oxide Cathode and Si Anode
  • DOI:
    10.1021/acsaem.2c00665
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Mei Luo;Marco T. F. Rodrigues;L. Shaw;D. Abraham
  • 通讯作者:
    Mei Luo;Marco T. F. Rodrigues;L. Shaw;D. Abraham
On the Specific Capacity and Cycle Stability of Si@void@C Anodes: Effects of Particle Size and Charge/Discharge Protocol
  • DOI:
    10.3390/batteries8100154
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    BingYu Liu;Mei Luo;Ziyong Wang;Christopher Passolano;L. Shaw
  • 通讯作者:
    BingYu Liu;Mei Luo;Ziyong Wang;Christopher Passolano;L. Shaw
Silicon oxides for Li-ion battery anode applications: Toward long-term cycling stability
  • DOI:
    10.1016/j.jpowsour.2023.232660
  • 发表时间:
    2023-01-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    Ashuri, Maziar;He, Qianran;Shaw, Leon L.
  • 通讯作者:
    Shaw, Leon L.
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