Atomaire Laag Depositie van beschermende coatings op batterij-elektrodes

Groep: CoCooN

Promotor: Christophe Detavernier

Begeleiding: Andreas Werbrouck

Inlichtingen: tel. 09/264.43.42 of contacteer rechtstreeks een betrokken persoon (de contact-gegevens opvragen door op de naam te klikken)

Lithium-ion batterijen zijn niet meer weg te denken uit onze samenleving. Door de omslag naar zonne-energie, lokale energieproductie en het bijbehorende smart grid zal het belang van efficiënte energieopslag de komende decennia nog verder toenemen. Eén van de manieren om lithium-ion batterijen verder te verbeteren is het aanbrengen van een beschermende coating op de elektrodes.  

Een batterijelektrode (anode of kathode) bestaat uit een mengeling van actief materiaal (grafiet, LMO), een elektronische geleider zoals carbon black, en een zogenaamde binder. Dit mengsel wordt op een current collector zoals koper of aluminiumfolie uitgesmeerd. Het aanbrengen van een ultra-dunne beschermende coating rond het elektrodemateriaal kan de stabiliteit en de levensduur van de batterij verlengen. De complexe topologie van dit soort oppervlakken sluit het gebruik van line-of-sight depositietechnieken uit. Atomic Layer Deposition (ALD), een depositietechniek die precursoren uit de gasfase laat chemisorberen aan het oppervlak, kan gebruikt worden  om extreem dunne, conformele coatings uniform over het volledige elektrodeoppervlak af te zetten. Het beschermende effect van ALD op batterij-elektrodes werd reeds enkele jaren geleden aangetoond, maar mede door de grote verscheidenheid aan elektrodematerialen is de beschikbare literatuur hierover weinig gestructureerd. Het is met andere woorden niet zo duidelijk welke invloed depositie-en testcondities (hoge temperatuur, druk, blootstelling aan reactanten en elektroliet) hebben op het gedrag van commercieel relevante elektrodes.

Thesis figuur 4 cocoon 2017-2018

 

Dit project is bij uitstek geschikt voor het uitbouwen van een bredere kennis over dunne film depositie, X-stralengebaseerde karakterisatietechnieken, in-situ karakterisatietechnieken, elektronica, materiaalfysica en batterijtechnologie. De potentio/galvanostaat is een meetinstrument dat veel gebruikt wordt voor elektrochemische karakterisering van testcellen. Deze toestellen zijn commercieel verkrijgbaar, maar kosten al snel ettelijke duizenden euro’s. Binnen CoCooN werd de voorbije jaren een zelfbouwversie van dit instrument ontwikkeld voor slechts een fractie van deze prijs. Indien de student interesse heeft in elektronica kan de verdere ontwikkeling van dit meetapparaat een deelaspect van de thesis vormen.