SHIELD - Self-Healing Electrode for energy storage Devices

SHIELD - 用于储能设备的自愈电极

基本信息

  • 批准号:
    EP/Y028163/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.55万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Fellowship
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The climate crisis caused by increased carbon emissions is one of the major concerns globally. The exploitation of untapped renewable energy resources (wind, solar power, etc.) is an effective solution for clean energy; however, their intermittent nature remains a challenge. Energy storage devices can efficiently capture and redistribute recurrent energy as per supply and demand. Lithium-ion batteries (LIBs) are mainstream storage devices due to their excellent electrochemical performances. LIBs also find applications in portable electronic devices, power tools, electric vehicles, etc. However, LIBs' limited cycle life, capacity decay, and low availability of lithium resources pose significant challenges. Alternative chemistries like sodium-ion batteries (SIBs) are appealing due to their cost effectiveness (widely available resources). However, they still use hard carbon (< 300 mAh g-1) as anode material, limiting their energy densities. The exploitation of alternative high-capacity anodes (> 800 mAh g-1) is hindered by their huge volume expansion due to the insertion of large size sodium-ions, which on battery cycling, result in crack formation, pulverization, and battery failure. Therefore, this project (SHIELD) aims to develop crack-free electrodes with high-capacity anodes by incorporating self-healing polymers that initiate a self-healing mechanism, mimicking biological wound healing. Unlike conventional electrodes, the self-healing polymer binder mends the cracks during cycling by fully restoring them after rupture via cross-linked hydrogen bonds. The resultant smart and thicker electrodes (for both Na ion batteries) with improved mechanical integrity can deliver long-term cycling performances favouring the wide applicability of battery technologies supporting renewables.
碳排放量增加引起的气候危机是全球主要问题之一。对未开发的可再生能源资源(风能,太阳能等)的开发是清洁能源的有效解决方案;但是,他们的间歇性仍然是一个挑战。储能设备可以根据供需有效地捕获和重新分配复发能量。锂离子电池(LIBS)是主流存储设备,由于其出色的电化学性能。 Libs还发现了在便携式电子设备,电动工具,电动汽车等中的应用。但是,Libs的循环寿命有限,容量衰减以及锂资源的可用性较低,构成了重大挑战。诸如钠离子电池(SIB)之类的替代化学特性由于其成本效益(广泛可用的资源)而吸引人。但是,他们仍然使用硬碳(<300 mAh g-1)作为阳极材料,从而限制了它们的能量密度。由于插入大型钠离子,在电池循环时插入了巨大的体积扩大,因此其巨大的体积扩展阻碍了替代高容量阳极(> 800 mAh g-1)的剥削,从而导致裂缝形成,粉碎和电池故障。因此,该项目(SHIELD)旨在通过结合启动自我修复机制的自我修复聚合物来开发具有高容量阳极的无裂纹电极,模仿生物伤口愈合。与常规电极不同,自我修复聚合物粘合剂通过通过交联的氢键破裂后充分恢复循环过程来修饰裂纹。所得的智能和较厚的电极(对于两个NA离子电池)具有改进的机械完整性可以提供长期的循环性能,有利于支持可再生能源的电池技术的广泛适用性。

项目成果

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