CAREER: Engineering electrode-electrolyte interfaces through electrolyte selection for improved performance in lithium-air batteries and fuel cell electrocatalysis

职业:通过选择电解质来设计电极-电解质界面,以提高锂空气电池和燃料电池电催化的性能

基本信息

  • 批准号:
    1554273
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-02-01 至 2022-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract - Viswanathan, 1554273For the mass-market adoption of environmentally benign electric vehicles a breakthrough in battery technology in terms of specific energy and cost is needed. Specific energy, also known as energy density, is the stored heat or other thermodynamic property of a substance, which for these purposes should be its useful or extractable energy. Among the candidate chemistries being considered, non-aqueous Li-air batteries are attractive due to their high specific energy and relatively low cost. However, the limited discharge capacity and rechargeability are two key issues that limit their practicality. The proposed research of using electrolyte additives could increase the limited discharge capacity of current non-aqueous Li-air batteries without sacrificing battery rechargeability. The methods and findings will also be broadly applicable to other metal-air battery technologies currently being pursued, such as sodium-air, magnesium-air and potassium-air. Robust electrode/electrolyte interfaces are a crucial requirement for the long-term reliability of fuel cells and batteries. This proposal addresses the mesoscale electrode/electrolyte problem in the context of electrochemical systems using two model problems: (i) tune the electrode/electrolyte interface through electrolyte modification to tailor the activity and selectivity of Pt group metals for aqueous oxygen reduction reaction and (ii) design compatible electrode and electrolyte combinations that possess interfacial stability in lithium-air batteries while solubilizing the discharge product.If successful, these batteries could advance the adoption of electric vehicles for reduced emissions, greater efficiency, and increased domestic energy security. The PI ran a successful massive open online course (MOOC) from Carnegie Mellon University on Statistical Thermodynamics and intends to continue offering this annually. He will supplement the MOOC by developing learning kits, which can be remotely 3D printed. He will also develop a new course on electrochemical energy systems and develop the course notes into an interactive and animation-rich in-progress electronic-textbook and will conduct workshops on "How batteries work?" at underrepresented Pittsburgh public schools with the aim of illustrating basic principles of thermodynamics.
摘要 - Viswanathan,1554273,对于环境良性电动汽车的大众市场采用,电池技术的突破性就需要特定的能源和成本来突破。特定的能量(也称为能量密度)是物质的储存热或其他热力学特性,出于这些目的,应是其有用或可提取的能量。在考虑的候选化学物质中,由于其高特异性能量和相对较低的成本,非水的Li-Air电池具有吸引力。但是,有限的排放能力和可补充性是限制其实用性的两个关键问题。提出的使用电解质添加剂的研究可能会增加当前非高水电池电池的排放能力,而无需牺牲电池可再加性。这些方法和发现也将广泛适用于目前正在采用的其他金属空气电池技术,例如钠空气,镁空气和钾 - 空气。强大的电极/电解质接口是燃料电池和电池长期可靠性的关键要求。该建议使用两个模型问题在电化学系统的背景下解决中尺度电极/电解质问题:(i)通过电解质修改调整电极/电解质界面,以定制PT组金属的活性和选择性,以使氧气减少反应和(ii)设计兼容电位的电池组合,并将其置于型号的电池组合中。产品。如果成功的话,这些电池可以推动采用电动汽车,以减少排放,提高效率和增加国内能源安全。 PI从卡内基·梅隆大学(Carnegie Mellon University)获得了统计热力学的成功开放在线课程(MOOC),并打算每年继续提供该课程。他将通过开发学习套件来补充MOOC,可以远程打印3D。他还将开发一门有关电化学能源系统的新课程,并将课程注释开发为互动式和动画的过程中的电子介绍书,并将在“电池如何工作”上开展讲习班?在代表性不足的匹兹堡公立学校,目的是说明热力学的基本原理。

项目成果

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