Polymerelektrolyter

Li+ cation i molecular dynamics

För att tillverka solid state-batterier används jonledande polymerer istället för flytande elektrolyter. Därmed slipper man brandfarliga lösningsmedel i flytande elektrolytceller och får bättre stabilitet vid höga temperaturer. Vi forskar på polymerelektrolyter för att förbättra materialens jonledningsförmåga med bibehållen stabilitet.

Jonledande polymerer kan användas i stället för traditionella flytande elektrolyter för att tillverka solid state-batterier. Solid-state-konstruktionen eliminerar effektivt säkerhetsrisken från de brandfarliga organiska lösningsmedlen som används i flytande elektrolytceller och erbjuder bättre stabilitet vid hög temperatur. Den största utmaningen med polymerelektrolyter är att förbättra materialens jonledningsförmåga samtidigt som de bibehåller en hög mekanisk stabilitet.

Nya värdmaterial

Vi arbetar med att utveckla nya material baserade på jonkoordination av karbonylgrupper, såsom polykarbonater, polyestrar och polyetrar, för att använda som värdmaterial i polymerelektrolyter. Karbonylgrupperna erbjuder en svagare koordination än t.ex. det vanligt använda oxietylenkoordinerande motivet, vilket leder till snabbare Li+-rörelse i materialet.

Transportmekanismer

Transportmekanismer

För att designa bättre värdpolymerer måste vi förstå jontransportmekanismerna i detalj. Vi använder en kombination av experimentella (impedansspektroskopi, NMR-spektroskopi, IR-spektroskopi) och beräkningstekniker (molekylär dynamik, DFT) för att få insikt i de molekylära detaljerna för jonkoordination och transport. Med rätt förståelse för de fenomen som styr jonrörelser i materialen kan vi också utforma strategier för att gå mot effektivare transportmekanismer.

Figur: Rörelse av en Li+ katjon (lila) genom en poly(trimetylenkarbonat) (PTMC) matris simulerad av molekylär dynamik.

Rörelse av en Li+ katjon genom en PTMC-matris

Solid-state batterier

Materialen vi utvecklade testas slutligen i prototyper av solid-state battericeller. Vi testar både Li+- och Na+-ledande polymerer i Li- och Na-celler. Samtidigt som ett av syftena är att producera material som möjliggör batteridrift i rumstemperatur, försöker vi också implementera polymerelektrolyterna i nischer där de har en tydlig kant över sina flytande motsvarigheter, till exempel i batterier som arbetar vid höga temperaturer eller annat extrema förhållanden.

Figur: Polykarbonatmaterial-cykel i en Na-metallcell vid 60°C.

Polykarbonatmaterial-cykel i en Na-metallcell

Referenser

Mer information kommer.

Kontakt

  • Om du har några frågor om vår forskning så är du välkommen att kontakta programansvarig professor Daniel Brandell.
  • Daniel Brandell

FÖLJ UPPSALA UNIVERSITET PÅ

facebook
instagram
twitter
youtube
linkedin