Projekti / Programi
Sodobni akumulatorji kot podpora zelenemu prehodu in elektromobilnosti
01. januar 2022
- 31. december 2027
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
Modeliranje, karakterizacija, medfazne površine, senzorji, samozdravljenje, trajnostni materiali, Li-ionski akumulatorji, večvalentni akumulatorji, proizvodnja, reciklaža, nanotehnologija
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
19. april 2024;
A3 za obdobje
2018-2022
Podatki za razpise ARIS (
04.04.2019 - Programski razpis,
arhiv
)
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
343 |
18.640 |
17.369 |
50,64 |
| Scopus |
349 |
19.586 |
18.240 |
52,26 |
Raziskovalci (29)
Organizacije (2)
Povzetek
Visoka potreba po energiji, pogojena z tehnološkim napredkom družbe, postavlja veliko povpraševanje po izkoriščanju obnovljivih virov energije (OVE). Elektrokemijski sistemi za shranjevanje energije, zlasti akumulatorji predstavljajo enostaven način shranjevanja OVE in so pomembni kot vir energije za mnoge prenosne naprave. Trenutno prodirajo na področje elektromobilnosti in veljajo za ključno tehnologijo za uresničitev ciljev v zelenem dogovoru. V zadnjih desetletjih so bila temu področju posvečena obsežna znanstvena in industrijska prizadevanja, ki so Li-ion akumulatorjem omogočila velik komercialni uspeh. Vendar pa je sedanja tehnologija Li-ionskih akumulatorjev še vedno neprimerna za velike aplikacije zaradi omejenih virov Li, Co, Cu in Ni, pa tudi zaradi varnosti, zanesljivosti, trajnosti, ogljičnega odtisa in cene. V raziskovalnem programu "Napredni akumulatorski sistemi kot podpora za zelenemu prehodu in elektromobilnost" bomo obravnavali najpomembnejša vprašanja, povezana z razvojem akumulatorjev, ki bodo v prihodnosti omogočili zeleni prehod in mobilnost brez CO2 emisij. Program povezuje štiri stebre raziskav na področju sodobnih akumulatorskih sistemov, ki jih podpirata dve medsektorski dejavnosti. Skupaj prispevajo k razvoju novih konceptov trajnostnih materialov. Mednje sodijo nadgradnja obstoječih aktivnih materialov, delo na medfaznih površinah in uvedba pametnih funkcij v celicah. Pri delu bomo preučevali tudi podaljšano življenjsko dobo in na koncu reciklažo komponent ali celotnih celic. Osnovno financiranje raziskav bo služilo kot seme za trajnostni razvoj znanstvene odličnosti na področju akumulatorjev, vključno z obsežnim mednarodnim sodelovanjem, izobraževalnimi dejavnostmi in industrijskim sodelovanjem. Dejavnosti v smeri trajnostnih akumulatorskih materialov bodo vključevale raziskovanje post-Li akumulatorjev na osnovi Na, Mg, Ca, Zn, Al in trajnostnih katod (žveplo, redoks-aktivni organski materiali), ki bodo testirani v različnih vrstah elektrolitov. Drugo področje dejavnosti bo osredotočeno na sisteme z visoko energijsko gostoto in močjo s poudarkom na zasnovani arhitekturi elektrod v kombinaciji z akumulatorji na osnovi trdnega elektrolita ali pri razvoju ogljika za superkondezatorje. Tretje področje dejavnosti bo zajemalo aktivnosti, kako izboljšati kakovost, zanesljivost, življenjsko dobo in varnost (QRLS) v različnih vrstah akumulatorjev. Tu bomo vgrajevali senzorjev v akumulatorske celice, razvijali funkcionalnosti samozdravljenja in načrtovali medfazne površine. Četrta skupina dejavnosti se bo osredotočila na proizvodnjo, recikliranje in potencialno drugo življenjsko dobo akumulatorskih celic. Vse štiri raziskovalne smeri bodo podprte z dvema medsektorskima dejavnostma, napredno karakterizacijo in modeliranjem, ki vključuje različna orodja za karakterizacijo in pristope modeliranja v različnih obsegih. Predlagane dejavnosti so popolnoma v skladu s predlaganim v Battery 2030+ iniciativi.
Pomen za razvoj znanosti
Kljub široki uporabi akumulatorjev v prenosni elektroniki, njihov razvoj še vedno poteka. V prihodnosti bo potrebno najti rešitve na več vprašanj, da bi omogočili varne, visoko zmogljive, poceni in trajnostne akumulatorje za uporabo v elektromobilnosti in drugih sektorjih, ki bodo omogočili zelen prehod. Odprta raziskovalna vprašanja so povezana z možnostjo povečanja energijske gostote in moči, kar bo omogočilo daljšo avtonomijo in hitrejše polnjenje ter izboljšanje njihove varnosti, zanesljivosti in življenjske dobe, ter posledično njihovo sprejemljivost v različnih aplikacijah. Razvoj mora biti že na samem začetku usmerjen tako, da bo omogočena izdelava in reciklaža na koncu življenjske dobe. Predlagani raziskovalni program se bo osredotočil na več osnovnih vprašanj, na katera je potrebno ustrezno odgovoriti s skrbno zasnovanim eksperimentalnim delom, podprtim z napredno karakterizacijo in modeliranjem. Zlasti modeliranje bo osredotočeno na celovito razumevanje procesov na medfaznih površinah, ki jih je običajno težko razumeti z uporabo naprednih metod karakterizacije. Eksperimentalno delo bo temeljilo na multidisciplinarnem pristopu. Predlagane raziskave bodo združevale raziskovalne pristope z različnih področij znanosti. Akumulatorji veljajo za elektrokemijske naprave, razvoj komponent pa zahteva široko znanje iz elektrokemije in znanosti o materialih, medtem ko bo delo v programu zahtevalo tudi znanje iz fizike, fizikalne, organske in analitske kemije ter biotehnologije. Uvedba novih konceptov, novih materialov, izboljšanje obstoječih materialov, omogočanje višjega razmerja med aktivnimi materiali v celicah in druge dejavnosti naj bi omogočile izboljšane lastnosti akumulatorjev. Potrebno je optimizirati elektronsko in ionsko ožičenje z uporabo primernih elektrolitov in trajnostnih materialov z nizkim ogljičnim odtisom. Degradacija je neizbežen proces med delovanjem. V predlaganem programu bomo to reševali s preventive (optimizirane medfazne površine) ali s kurativo (metodologija samozdravljenja). Vse skupaj bomo spremljali s senzorji, ki bodo vgrajeni v celice. Tako bomo izboljšali kakovost, zanesljivost, življenjsko dobo in varnost celic, pri čemer bomo že na začetku upoštevali proizvodnjo in recikliranje. Predlagano delo je v skladu s časovnim načrtom Battery 2030+ iniciative. Prispeval bo k razvoju evropske industrije akumulatorjev in nadaljnjemu razvoju raziskovalnih dejavnosti akumulatorjev v slovenskem in evropskem merilu. Predlagane raziskovalne dejavnosti so nadaljevanje dela v Laboratoriju za sodobne baterijske sisteme, ki je del Oddelka za kemijo materialov na Kemijskem inštitutu. Trenutno smo ena izmed vodilnih skupin v Evropi in v svetu na področju razvoja akumulatorjev na osnovi večvalentnih kovin, prispevali smo pomembno znanje za boljše razumevanje mehanizmov v žveplovih akumulatorjih, smo vodilni na področju redoks aktivnih organskih materialov in smo pomembno prispevali k razlagi anion redoks aktivnosti v akumulatorjih, in ostalih pojavov na medfaznih površinah. Še naprej si bomo prizadevali za znanstveno odličnost z razvojem novih temeljnih raziskovalnih področij v znanosti o sodobnih akumulatorskih sistemih. Delali bomo na vgradnji pametnih funkcij, uporabi trajnostnih materialov na osnovi večvalentnih kovin in ostalih materialov (anorganski, polimeri, biološki in biomimetični materiali itd.), ki bodo razviti v okviru programa. Nadaljevali bomo z uvajanjem in uporabo novih tehnik karakterizacije. Te nam bodo pomagale razumeti različne procese, ki se pojavljajo na medfaznih površinah ali v samem aktivnem materialu. Uvedba pametnih funkcij bo zahtevala razumevanje reakcij prenosa naboja na medfaznih površinah in njihovo korelacijo s stabilnostjo. Takšen pristop bo pomembno prispeval k razvoju znanosti o sodobnih akumulatorjih v Sloveniji, Evropi in po svetu. Veliko raziskovalnih dejavnosti bo izvedeno v okviru evropskih pobud in / ali z industrijskimi partnerji, kar bo neposredno prispevalo k načrtu raziskav akumulatorjev, ki ga predlaga iniciativa Battery 2030+. Trenutno sodelujemo pri šestih evropskih projektih in neposredno sodelujemo z več evropskimi in neevropskimi laboratoriji ter industrijo. Tesne mednarodne povezave z akademskimi organizacijami in industrijo kažejo, da je naša raziskovalna odličnost dobro prepoznana, predlagani program pa bo omogočil njeno nadaljevanje v prihodnosti.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlagani raziskovalni program obravnava vsa pomembna vprašanja povezne s potrebo po prihodnjem razvoju naprednih materialov in sistemov za sodobne akumulatorje. Zasnovan je tako, da bo nadgrajeval znanstveno odličnost skupine in omogočal inovacije. Raziskave so zasnovane na osnovi naprednih pristopov na področju razvoja akumulatorjev in združujejo različne ravni strokovnega znanja, ki je potreben za uresničitev glavnega cilja programa, to je ostati v svetovnem vrhu znanstvene odličnosti, in ciljnih usmeritev razvoja določenih v programu. Akumulirano znanje bomo delili z industrijskimi partnerji. Trenutno sodelujemo s podjetji TAB, Iskra, Pipistrel in nekaterimi drugimi zagonskimi podjetji v Sloveniji. Glede na naraščajoč pomen področja akumulatorjev pričakujemo povečanje industrijskega sodelovanja. Obstaja več podjetij, ki nameravajo začeti s proizvodnjo komponent akumulatorjev ali uvesti nove rešitve za uporabo prenosnih hranilnikov energije. Zaradi dejavnosti programa in z močnim vključevanjem v evropsko raziskovalno infrastrukturo in razvojne dejavnosti bo programska skupina lahko zagotovila jasne rešitve in odgovore na številne zahteve industrije, povezane s tehnologijo akumulatorjev. Potencialni vpliv na družbenoekonomski in kulturni razvoj je zelo pomemben vidik v predlaganem raziskovalnem programu, saj bodo aktivnosti v programu obravnavale potrebe po izobrazbi in delovnih veščinah, spodbujale boljšo sprejemljivost akumulatorjev v družbi ter nudile poklicno usposabljanje in širše obveščanje javnosti o napredku na področju razvoja akumulatorjev. Glavnina raziskovalcev predlaganega programa dela na Kemijskem inštitutu (KI). Ti bodo skupaj s partnerjem programa, Fakulteto za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani (FKKT-UL), omogočili širši in neposrednejši vpliv na izobraževanje študentov na stopnjah dodiplomskega, magistrskega in doktorskega študija. FKKT-UL skupaj s KI kot pridruženim partnerjem in še s petimi drugimi univerzami vodi magistrski program Erasmus Mundus Plus (MESC +) na področju znanosti o materialih za sodobne akumulatorje. Raziskovalci iz KI aktivno sodelujejo pri dejavnostih poučevanja in znanstvenega usposabljanja v okviru MESC +, pa tudi v okviru nacionalnega magistrskega programa, ki se izvaja na FKKT-UL. Magistrski in doktorski študentje, ki delajo na obeh institucijah, tvorijo osnovo za visokotehnološko industrijo v Sloveniji z močnim znanjem na področju znanosti in tehnologije na področju sodobnih akumulatorjev. Strokovno znanje s področja raziskav akumulatorjev je mogoče prenesti na druga področja znanosti o materialih in sorodnih področjih. Kot taka bo neposredno in posredno vplivala na gospodarski, družbeni in kulturni razvoj v Sloveniji.
