Solid State Electrochemical Energy Storage Materials

固态电化学储能材料

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2020-05093
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.65万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Electrochemical energy storage has never been more important than today. The development of viable, long-term solutions that will meet global energy needs remains one of the most critical challenges facing the scienti?c community. Amid burgeoning energy costs and sustainability concerns, international focus on energy storage (witness the Nobel Prize this year) has rapidly gained momentum. During the course of our NSERC discovery grant research, we have made breakthrough discoveries that is changing the way electrochemists think about energy storage. Our initial work in this area was reported in Nature Materials, 2009 and described "a first" that kick-started the field of lithium-sulfur batteries, a field that has increased exponentially ever since. Moreover, this discovery helped point the way to a breakthrough in Li-oxygen batteries, and along with Na-ion electrochemistry has become the foundation for new approaches to "beyond Li-ion batteries". In this proposal we target the further development of these new technologies with a combination of fundamental solid state chemistry/ionics, electrochemistry and materials science necessary to bring about step-changes. Extension of the concepts upon which the breakthrough is based will be explored with system modifications for taking Li-S chemistry to a more sustainable solid state platform. Here we plan to both garner a deeper understanding of the electrochemistry as well as expand the range of reactivity and utility of our approach. This will be coupled with fundamental discovery of new solid state ion conductors (SSICs) to serve as solid state electrolytes. The efforts in SSICs will serve as the platform for a cutting-edge undertaking in all-solid state Li and Na-ion batteries, where achieving high ionic conduction and controlling interfaces are key. Our approach will weave innovative materials chemistry discovery with sophisticated operando techniques to probe working electrochemical cells. Novel Li and Na SSIC materials will be developed using our significant arsenal of solid state synthesis tools, along with computational and physico-chemical studies to elucidate the important factors that govern ion mobility. These ion conductors will be interfaced with new positive Li-ion and Na-ion electrode materials that will be discovered through the course of the project. With this approach, we hope to uncover fundamentally new yet lower cost, environmentally friendly energy storage solutions. Such developments will impact directly on fundamental science and also lead to practical innovations.
电化学能源存储从未比今天更重要。可以满足全球能源需求的可行,长期解决方案的发展仍然是科学社区面临的最关键挑战之一。在蓬勃发展的能源成本和可持续性问题的过程中,国际关注的储能(今年诺贝尔奖见证)迅速获得了势头。在NSERC Discover Grant Research过程中,我们做出了突破性的发现,这些发现正在改变电化学家对储能的思考方式。 2009年,我们在自然材料中报道了我们在这一地区的最初工作,并描述了“第一个”,该材料启动了锂 - 硫硫电池领域,此后,该领域呈指数增长。此外,这一发现有助于指向锂氧电池突破的道路,随着Na-ion电化学的发展,它已成为新方法的基础。 在这项建议中,我们将这些新技术的进一步开发旨在结合基本的固态化学/离子学,电化学和材料科学,以实现阶梯变化。突破所基于的概念的扩展将通过系统修改将LI-S化学反应到更可持续的固态平台进行探索。在这里,我们计划既要更深入地了解电化学,又扩大我们方法的反应性和效用范围。这将与新的固态离子导体(SSIC)的基本发现一起作为固态电解质。 SSICS的努力将作为在全稳态的Li和Na-ion电池中进行尖端企业的平台,在那里实现高离子传导和控制接口是关键。我们的方法将用精致的操作技术编织创新的材料化学发现,以探测工作电化学细胞。新型LI和NA SSIC材料将使用我们的固态合成工具的重要武器库以及计算和理化研究来开发,以阐明控制离子迁移率的重要因素。这些离子导体将与新的锂离子和Na-ion电极材料相连,这些材料将在整个项目过程中发现。通过这种方法,我们希望能够揭示从根本上新的,但成本较低,环保储能解决方案。这些发展将直接影响基本科学,并导致实际创新。

项目成果

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