Bindemedel för batterielektroder

Bindemedel för nästa generations gröna batterielektroder

För närvarande bearbetas de flesta toppmoderna batterielektroder med hjälp av organiska lösningsmedel som den mycket giftiga N-metyl-2-pyrrolidon (NMP), som utgör hälsorisker och miljöproblem. Detta är en direkt följd av att man använder elektrodbindemedel, såsom polyvinylidenfluorid (PVDF), som inte är lösliga i vatten. Några exempel på bindemedel som är lösliga eller olösliga i vatten visas i figuren ovan. Detta projekt undersöker en lovande ny familj av bindemedel, som tros erbjuda utmärkt strukturell stabilitet, hög vattenlöslighet, hög litiumjonkonduktivitet, enkel utvinning från naturresurser och är miljövänliga. Omfattande elektrokemiska tester och avancerade karakteriseringstekniker kommer att resultera i en detaljerad förståelse av hur bindemedlen kan användas för att främja prestandan hos nästa generations batterielektroder.

Karakterisering med röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) kommer att vara ett särskilt fokus i detta projekt. XPS är en mycket använd, mycket ytkänslig teknik som ger möjlighet att få kemisk information om prover inklusive elementär sammansättning, oxidationstillstånd och bindningsmiljöer. Detta är en särskilt viktig teknik i studien av batterimaterial eftersom gränssnittet mellan elektrod och elektrolyt är där kemiska reaktioner vanligtvis inträffar. XPS kan användas för att studera detta gränssnitt för att bestämma hur det aktiva materialet utvecklas under cykling, reaktioner av bindemedlet och bildning av fast elektrolytinterfas (SEI) lager vid elektrodytan. Medan användningen av interna XPS-instrument ger hög ytkänslighet, kommer synkrotronbaserad XPS att användas med flera fotonenergier för att sondera djup på upp till 30 nm, vilket möjliggör jämförelse av yt- och bulkprocesser för elektroderna.