Raziskovalni projekti so (so)financirani s strani Javne agencije za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
- Članica UL: UL Fakulteta za strojništvo
- Šifra projekta: J2-2494
- Veda: Tehnika
- SICRIS: Napredni večskalni model NMC katodnih materialov za izboljšane sisteme za shranjevanje energije naslednje generacije (cobiss.net)
Vsebinski opis projekta
Povzetek raziskovalnega projekta
Baterije so ena izmed ključnih tehnologij pri doseganju in izpolnjevanju ciljev, ki jih postavlja Pariška deklaracija o podnebnih spremembah (Paris Declaration on Climate Change). Kljub njihovi množični uporabi pa so osnovni pojavi znotraj celic še vedno nerazrešeni. Ne le da to predstavlja raziskovalni izziv, neposredno naslavlja tudi družbene izzive. Varnost baterij je ena ključnih implikacij, kjer nepopolno razumevanje osnovnih pojavov ovira optimizacijo komponent in še pomembneje, njihovo pravilno uporabo in kontrolo v najrazličnejših pogojih. Trenutno se znanstvena skupnost sooča z nenavadno situacijo, kjer je poznanih veliko podrobnosti glede procesov na nanoskali, kritično pa manjkajo povezave med lokalnimi lastnostmi in splošnimi elektrokemijskimi efekti. Težave se še stopnjujejo ob potrebi po napovedih obnašanja baterijske celice pri nestandardnih pogojih (visoke temperature, podaljšano ciklanje/staranje, itd.), kar predstavlja kritične varnostne pogoje v vsakodnevni uporabi baterij. Ključnega pomena je zato bistveno razširiti obzorje znanja v razumevanju in napovedovanju osnovnih pojavov v baterijah, kar je eden od predpogojev za razvoj izboljšanih sistemov za shranjevanja energije naslednje generacije.
Projekt Napredni več-skalni model NMC katodnih materialov za izboljšane sisteme za shranjevanje energije naslednje generacije (ang. AdvanceD multI–Scale modelling of NMC caThode materIals for eNhanCed next-generaTION energy storage systems (DISTINCTION)) bistveno prispeva k tem ciljem. Glavni cilj projekta DISTINCTION je razširitev obzorja znanja na področju več-skalnega modeliranja skupine plastovitih katodnih NMC materialov. Skupni cilj se jasno odraža v štirih specifičnih točkah:
1. Natančna napoved materialnih lastnosti na atomistični skali,
2. Razvoj inovativnih metod za prehajanje med skalami,
3. Napredni namenski eksperimenti za razvoj modelov in njihovo validacijo,
4. Razvoj naprednega kontinuumskega modelskega okvira, ki premošča vrzeli do trenutnega znanja na atomistični skali.
Projekt DISTINCTION se osredotoča na skupino svežih in degradiranih materialov NMC811 z različnimi kristalnimi strukturami. Ob enem bodo razvite metode in modeli imeli širšo uporabnost na področju insercijskih materialov baterij, kar še dodatno krepi pomen projekta DISTINCTION.
Ambiciozni in inovativni cilji projekta DISTINCTION bodo razrešili nekaj zelo pomembnih dolgoletnih izzivov v več-skalnem modeliranju baterij na osnovi NMC. Posledično bo projekt DISTINCTION ponudil inovativne modele, inovativne metodologije prehoda med skalami in inovativne rezultate, ki bodo zapolnili vrzeli v znanju o povezavah med različnimi skalami in bodo omogočali vzpostavitev konsistentne kavzalne verige zvez med različnimi skalami.
Inovativni modeli na več skalah bodo omogočili do sedaj nedosežene virtualne analize trenutnih najsodobnejših baterij NMC in napredno izdelavo virtualnih prototipov z modelskim okvirom, ki ponuja višjo stopnjo napovedovalnosti v primerjavi s trenutnimi najsodobnejšimi modeli.
Napovedovalni modeli in znanje pridobljeno v projektu DISTINCTION bo prispevalo k usmerjenemu razvoju naslednje generacije baterij preko:
1) izboljšane virtualne elektrode in izdelave celic,
2) konsistentne kavzalnosti čez skale, ki:
a) učinkovito zapolnijo vrzeli med trenutnim znanjem na atomistični skali in potrebo po natančnejših modelih na inženirski ravni in ki
b) ponudi nova spoznanja za razvoj materialov in izdelave elektrod z njihovim virtualnim testiranjem na nivoju celice.
Projekt DISTINCTION tako predstavlja preskok, ki učinkovito prispeva k razvoju baterij z večjo gostoto energije in moči, kot tudi k podaljšani življenjski dobi in povečani varnosti v krajšem časovnem obdobju in z manj truda. S tem projekt DISTINCTION naslavlja ključne KPI-je virtualnega razvoja baterij in zato virtualnega razvoja sistemov za shranjevanje energije naslednje generacije.