EnglishSvenskaNorsk
Change search
ExportLink to record
Permanent link

Direct link
BETA

Project

Project type/Form of grant
Project grant
Title [sv]
Avancerad neutronavbildning för solidstatebatterier i aktion (ANISSA)
Title [en]
Advanced Neutron Imaging for Solid-State Batteries in Action (ANISSA)
Abstract [sv]
Att lyckas ta höga skutt mot framtiden kan kräva nya verktyg. Det gäller inte minst för framtidens kraftfullare batterier när de ska bli verklighet. Detta projekt kommer att utveckla avancerade metoder för göra bilder av det som pågår i ett batteri när det används. Bilder som hjälper oss att göra ännu bättre batterier. Metoderna utvecklas för användning vid den Europeiska spallationskällan i Lund (ESS) när verksamheten körs igång och det är olika typer av sk fastfasbatterier (solid state på engelska) som ska studeras. Det idag så dominerade litiumjonbatteriet räcker inte till för framtidens förväntningar på autonoma transporter, drönare, medicinska tillämpningar mm. Förmågan att lagra energi är inte tillräckligt hög utan den bör fördubblas på ett säkert, billigt och miljövänligt sätt. För detta krävs nya batterikemier. En sådan familj är fastfasbatterierna som också baseras på litium men på ren metalliskt litium som negativ elektrod. Det finns många utmaningar för att detta batteri ska bli funktionsdugligt och med de nya metoderna hoppas vi kunna lösa några av dem.Detta projekt, som leds av Uppsala universitet, drivs av viljan att tillsammans med universitetet i Münster lösa fastfasbatteriernas utmaningar med nya både keramiska material (Edström, Zeier) och mjuka polymera material (Brandell) samtidigt som önskan att utveckla avbildningstekniker med hjälp av kombinerad neutron- och röntgenstrålning till sin spets (Helmholtz Zentrum Berlin (Manke), universitetet i Münster (Zeier) och Lunds universitet (Hall). Instrumentering testas vid ILL och ska användas direkt i starten av ESS (Woracek). Detta är en ny konstellation av forskare med tydliga meriter i sina olika kompletterande discipliner.Olika typer av strålning har under lång tid använts för att karaktärisera material men det är först under de allra senaste åren som avbildningstekniker har kommit att bidra till batteriforskningens nytta och förvånade lite är gjort. Neutroner har fördelen att kunna lokalisera lätta atomer som litium och väte. Det klarar inte röntgenstrålning som istället används för studier av tyngre atomslag. Att skapa bilder genom att kombinera dessa två metoder är därför det bästa. Kan det dessutom göras på en nivå så att detaljer om hur litiumjoner flödar i och mellan de olika delarna i ett batteri kan vi lära oss nya saker. Vi kan förstå hur olika komponenter och partiklar i ett batteri samspelar (eller i värsta fall inte) när litiumjoner rör sig genom och mellan de olika komponenterna. Det kan ge svar på den obesvarade gåtan: keramer har högre litiumjonledning än polymerer, varför blir en blandning av de båda oftast så att polymeren plötsligt får högre ledningsförmåga och blir bättre än keramen?Projektet har ambitionen att åstadkomma mycket under fyra år: nya provkammare anpassade för både neutroner och röntgenstrålning, batterielektroder och elektrokemiska celler anpassade efter provkammarna samtidigt som det handlar om riktiga batterier, och inte minst gemensamma protokoll så att alla sex grupperingarna gör saker på samma sätt och hanterar alla data som projektet genererar på ett sådant sätt att resultaten blir trovärdiga. Nyhetsvärdet ligger också i de nya material som vi ska ta fram för både sk högvoltsbatterier (litium som anod och en metalloxid som katod) och litiumsvavelbatterier där svavelbaserade fasta elektrolyter är en möjlig väg att verkligen kunna realisera denna så länge lovande batterikemi. Vi kombinerar det bästa av flera världar.
Abstract [en]
The ANISSA project will accelerate early science at ESS and address a major challenge of exceptional societal impact: the realization of high-energy density solid-state battery technologies. ANISSA will focus on dual-modality, multi-spectral and high-speed 3D imaging techniques to reveal the evolution of microstructure and the distribution and movement of lithium in solid-state battery material components and in complete devices under realistic environmental conditions of varying temperature and mechanical load. These tools will also enable investigations of a large flora of battery chemistries, including the dominant Li-ion types, thereby creating a long-lasting benefit and impact also for future research and development. Three major imaging developments are targeted: 1. A combined high-resolution X-ray and neutron imaging methodology with much improved spatial resolutions to link Li mobility and distributions to 3D morphology changes in solid-state batteries correlated to the electrochemical performance during operation; 2. a novel isotope mapping technique in combination with 4D multi-spectral imaging capabilities exploiting the contrast variations between 6Li, 7Li, natLi to reveal key details on the dynamic properties of lithium diffusion; 3. an optimized cell design for multi-modal and multi-spectral correlative imaging in combination with a dedicated portable in-situ sample environment for solid-state battery operation for use at ESS as soon as it comes into operation.
Manke, Ingo
Woracek, Robin
Hall, Stephen
Brandell, Daniel
Principal InvestigatorEdström, Kristina
Zeier, Wolfgang
Coordinating organisation
Uppsala University
Funder
Period
2022-01-01 － 2025-12-31
National Category
Condensed Matter PhysicsComposite Science and Engineering
Identifiers
DiVA, id: project:8589Project, id: 2021-05989_VR

Search in DiVA

Condensed Matter PhysicsComposite Science and Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
v. 2.49.0
|
WCAG
|
Stockholm University Library
|
DiVA portal
|
DiVA Contact
|
DiVA Log in