Électrolyte polymère solide composite nanofibreux flexible à base de biopolymère cellulosique pour les batteries sodium-ion de nouvelle génération
Aperçu du projet
Ce projet vise à relever les défis et à saisir les occasions liées à l’expansion écologique de la technologie des batteries, en particulier la transition des batteries lithium-ion (Li-ion) vers les batteries à électrolyte solide sodium-ion (BES Na-ion).
Les BES Na-ion se révèlent comme une option prometteuse étant donné que le marché mondial, actuellement à la merci des Li-ion, fait face à des problèmes de durabilité à cause de la disponibilité limitée du lithium. Ces batteries exploitent le sodium, abondant et moins cher, et évitent l’utilisation de matériaux rares comme le cobalt ou le nickel, ce qui réduit considérablement les coûts. Malgré leurs avantages, les BES Na-ion se heurtent à des obstacles tels qu’une plus faible capacité d’électrodes, des processus de fabrication complexes et des propriétés mécaniques médiocres dans des applications flexibles.
Ce projet propose une nouvelle approche en nanoingénierie en mettant au point un électrolyte polymère solide composite de pointe en nanofibre électrofilée à base de cellulose, matériel écologique destiné aux BES Na-ion. Partant de la recherche sur les matériaux en allant jusqu’au prototypage et à la fabrication, l’objectif est de surmonter les défis des BES Na-ion et de faire progresser la technologie.
Renseignements clés
| Chercheuse principale | Qingye (Gemma) Lu, professeure agrégée de génie chimique et pétrolier, Université de Calgary |
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Cochercheurs principaux |
Jinguang Hu, professeur agrégé de génie chimique et pétrolier, Université de Calgary; Xia Li, professeure adjointe de génie chimique et des matériaux, et chaire de recherche de l’Université Concordia sur les piles rechargeables à haute énergie, Université Concordia | |
Collaborateur de recherche |
Michael Liu, directeur de Cancarbon Technologies Inc. | |
| Partenaires non universitaires | Cancarbon Technologies Inc. | |
| Mots-clés de la recherche | Cellulose, biopolymère, nanofibreux, composite, électrolyte solide, batteries sodium-ion | |
| Budget | En espèces : 200 000 $ En nature : 130 000 $ |
But de la recherche
Mise au point d’électrolytes polymères solides composites en nanofibre électrofilée à base de cellulose (EPS-CN)
Cette phase porte sur la création d’EPS-CN destinés aux batteries à électrolyte solide sodium-ion à l’aide de biopolymères cellulosiques et de leurs dérivés. Elle comprend la fabrication et la mise à l’essai de cinq principaux types d’EPS-CN :
- Aligné
- Réticulé
- Nanoporeux
- Coordination avec ions métalliques de transition
- Agent liant polymérique
Incidence de la nanoarchitecture sur la conductivité ionique du sodium, les propriétés mécaniques et la stabilité électrochimique
Cette phase étudie comment la nanoarchitecture des EPS-CN touche :
- la conductivité ionique du sodium;
- les propriétés mécaniques;
- la stabilité électrochimique initiale avec l’anode en sodium métallique.
Elle comprend une caractérisation complète des matériaux à l’aide de diverses techniques d’analyse.
Amélioration de l’application et des performances des EPS-CN
Cette phase explore :
- l’application des EPS-CN mis au point dans les BES Na-ion flexibles;
- la compatibilité et la stabilité de l’anode en sodium métallique et des matériaux cathodiques nanostructurés dans les piles boutons;
- d’autres concepts de conception de batteries;
- l’optimisation des performances globales.
Fabrication et mise à l’essai de prototypes de BES Na-ion flexibles
Cette étape comprend :
- la fabrication de prototypes de BES Na-ion flexibles;
- l’utilisation de compositions prometteuses de matériaux cathodiques et électrolytiques;
- des essais à des densités de courant variables;
- un accent mis sur la haute capacité de rétention sur de nombreux cycles.
Récapitulation des essais approfondis de batteries aux fins de commercialisation
La dernière phase résume :
- les données d’essai provenant de multiples configurations allant des piles boutons aux batteries flexibles;
- l’analyse des coûts des matériaux, des processus et des échéancier;
- la collaboration avec des entreprises de batteries pour commercialiser un BES Na-ion haute performance, économique et durable.
Partenaires non universitaires
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