Atomaire laag depositie van functionele coatings voor lithium-ion batterijen

Groep: CoCooN

Promotor: Christophe Detavernier en Jolien Dendooven

Begeleiding: Lowie Henderick

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

 

Atomaire laag depositie van functionele coatings voor lithium-ion batterijen

Context

Lithium-ion batterijen vertegenwoordigen de meest prominente vorm van energieopslag. Ze zijn overal rondom ons aanwezig, van kleine batterijen in smartphones tot grote batterijen in elektrische voertuigen en in grid-storage energieopslag bij bv. een windmolenpark. Echter, sinds de uitvinding van de lithium-ion batterij, waarvoor in 2019 de nobelprijs werd toegekend, zijn er inherent geen grote technologische stappen voorwaarts gemaakt, en is de levenduur en opslagcapaciteit nagenoeg hetzelfde gebleven, terwijl de vraag naar efficiëntere energieopslag enkel stijgt met de technificatie van de hedendaagse maatschappij. Een batterijelektrode (anode of kathode) bestaat uit een mengsel van actief materiaal (bv. een lithium cobalt oxide of LiCoO2), een elektronische geleider zoals carbon black, en een zogenaamde binder. Het aanbrengen van een ultra-dunne coating rond het elektrodemateriaal kan de stabiliteit en de levensduur van de batterij verlengen, of zelfs zorgen voor een meer efficiënte werking, in de zin dat we meer energie op een snellere manier kunnen opslaan. Doelstelling De complexe vorm van het elektrode oppervlak sluit het gebruik van line-of-sight depositietechnieken uit. Atomaire laag depositie (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. De doelstelling van dit project betreft het gebruik van deze ALD techniek om beschermende- of functionele coatings met een hoge elektronische en ionaire geleidbaarheid af te zetten op batterij elektrodes. In dit project zullen ALD processen onderzocht worden om verschillende fosfaatcoatings te deponeren. De gegroeide lagen zullen gekarakteriseerd worden met X-stralen reflectie, diffractie en fluorescentie. Vervolgens zullen de coatings functioneel geëvalueerd worden in een Argon-gevulde handschoenkast, waarbij het effect van de coating op het laden/ontladen van het onderliggende elektrodemateriaal onderzocht zal worden. De coating zal hierbij eerst gekarakteriseerd worden op een vlakke testelektrode, waarbij zowel de ionaire als elektronische geleidbaarheid in detail onderzocht kunnen worden. Een materiaal met goede karakteristieken kan dan vervolgens gedeponeerd worden op een relevante poeder-elektrode. Op die manier brengt de thesis inzicht in depositietechnieken, dunne-film karakterisering, materiaalfysica en batterijtechnologie. Deze ervaring vormt een ideale opstap naar een PhD in deze onderzoekcontext.