Grieg

Jednym z kluczowych kierunków strategicznych dla badań i innowacji jest wspieranie zmian gospodarczych. To oznacza poszukiwanie rozwiązań dla gospodarki  zrównoważonej, opartej na biotechnologii, neutralnej dla klimatu – czyli gospodarki o obiegu zamkniętym, nietoksycznej, ale przy tym konkurencyjnej. Zmiany te zachodzą głównie poprzez przekształcanie systemów energetycznych, mobilności, budownictwa oraz produkcji.

Unia Europejska ma ambicję ograniczenia emisji gazów cieplarnianych do 2030 r. o 55% w porównaniu z poziomem z 1990 r. i osiągnięcia neutralności klimatycznej do 2050 r. Wymaga to bezprecedensowych zmian, także w sposobie konsumpcji, pobudzenia transformacji technologicznej, zmian przyzwyczajeń społecznych i kreowania postaw prosumenckich i ekologicznych.

Aby sprostać tym wyzwaniom, powstał plan działania pod nazwą „Europejski Zielony Ład”, który ma również pomóc w wyjściu z pandemii COVID-19. Europejski Zielony Ład będzie finansowany ze środków stanowiących jedną trzecią kwoty 1,8 bln euro przeznaczonej na inwestycje w ramach planu odbudowy NextGenerationEU oraz ze środków pochodzących z siedmioletniego budżetu Unii Europejskiej.

Kolejnym źródłem wspierania Europejskiego Paktu na rzecz Klimatu są:

Fundusze Norweskie

Fundusze Norweskie, zgodnie z wieloletnim zobowiązaniem, wspierają m.in. naukowe i innowacyjne projekty w formie dotacji bezzwrotnych. Sieć Badawcza Łukasiewicz – PORT Polski Ośrodek Rozwoju Technologii otrzymał dofinansowanie na realizację projektu: 2D MXenes based anode materials for all-solid-state Li-ion batteries w kwocie 1 494 196 EUR w ramach programu:

GRIEG polsko-norweskie projekty badawcze
nr grantu 2019/34/H/ST8/00547 
z Norweskiego Mechanizmu Finansowego na lata 2014-2021

Projekt jest realizowany w konsorcjum partnerów z Polski i Norwegii:

SINTEF Industry Sustainable Energy

W projekcie biorą udział naukowcy i specjaliści w dziedzinie inżynierii materiałowej. Partnerzy wspólnie realizują badania w celu opracowania bardziej wydajnych, zrównoważonych technologii baterii zgodnie z potrzebami sektorowymi, dotyczącymi rozwiązań do wdrożenia w zrównoważonym łańcuchu wartości dla baterii nowej generacji.

Uczestnicy międzynarodowego Teamu:

Polska: Sieć Badawcza Łukasiewicz – PORT Polski Ośrodek Rozwoju Technologii  (https://www.lukasiewicz.port.org.pl/en/)

dr Alicja Bachmatiuk

Alicja Bachmatiuk, Kierownik projektu, Dyrektor B+R

Sandeep Gorantla, Zespół naukowo-badawczy Mikroskopii Elektronowej

Andrii Bodnar, Zespół Badawczy Syntezy Zaawansowanych Materiałów

Marta Fiedot-Toboła, Grupa Syntezy Zaawansowanych Materiałów

Magdalena Kiss-Arabasz, Laboratorium Badań Struktury i Właściwości Materiałów

Jakub Pawłów, Zespół Badawczy Syntezy Zaawansowanych Materiałów

Kacper Prokop, Zespół Badawczy Syntezy Zaawansowanych Materiałów

Syamsai Ravuvri, Grupa Syntezy Zaawansowanych Materiałów

Maria Zdończyk, Laboratorium Materiałów Luminescencyjnych

Norwegia:

Uniwersytet w Oslo Centre for Materials Science and Nanotechnology (SMN)

Anette E. Gunnæs, Prof. Departamentu Fizyki, SMN Kierownik Sekcji Fizyki Struktury

Sabrina Sartori, Prof. Departamentu Technologii Systemów, Liderka Sekcji Systemów Energetycznych

Calliopi Bazioti, St. Inżynier Fizyki Struktur, w Departamencie Fizyki SMN,

Phuong Dan Nguyen,  St. Inżynier Fizyki Struktur, w Departamencie Fizyki SMN,

SINTEF

Spyros Diplas, Lider grupy badawczej Fizyki Materiałów

Martin F. Sunding, Pracownik badawczy w grupie Technologii Zrównoważonej Energii

Na czym polega nowość koncepcji projektu i jakie jest znaczenie projektu dla światowych badań naukowych?

Wraz ze wzrostem standardów jakości życia codziennego i rosnącą cyfryzacją, rośnie również globalne zapotrzebowanie na energię. Akumulatory litowo-jonowe stanowią podstawę zasilania współczesnych inteligentnych urządzeń – IoT – Internet rzeczy.

Badania naukowe mające na celu opracowanie nowych materiałów do urządzeń magazynujących większe ilości energii oraz bezpieczniejszych dla środowiska to jedno z podstawowych podejść do zaspokojenia rosnących potrzeb społeczeństwa. Obecne wysiłki naukowców w dziedzinie tworzenia materiałów do magazynowania energii wyraźnie wskazują na zbliżający się postęp w rozwoju półprzewodnikowych akumulatorów (ASSB) jako najbardziej obiecującej technologii akumulatorów nowej generacji.

Badania nad nowymi materiałami anodowymi dla ASSB nabrały tempa po niedawnym odkryciu nowej klasy materiałów 2D w 2011 roku znanych jako MXenes. Stwierdzono, że mają one interesujące właściwości chemiczne, elektroniczne, nadprzewodzące, magnetyczne i optyczne.

Polsko-norweska grupa naukowców ma na celu opracowanie metod CVD do kontrolowanego wzrostu Mo2C, Ti2C i V2C oraz Cr2C MXenes. Zbadanie ich mechanizmów wzrostu CVD i zrozumienie procesów atomistycznych. Kluczową nowością jest próba zbadania in situ (w czasie rzeczywistym) ewolucji struktury atomowej w MXenes podczas transportu jonów litowych, gdy są one używane jako anoda w akumulatorze litowo-jonowym ASSB.

Koncepcyjny model baterii litowo-jonowej 2D MXene w całości opartej na półprzewodniku, zasilającej mikrochip – wykonanie artystyczne. Pokazano struktury atomowe dwuwarstwowej anody Mo2C MXene (po lewej), elektrolitu w stanie stałym Li7La3Zr2O12 (w środku), katody LiCoO2 (po prawej) bez typowych styków końcowych baterii.

Model struktury atomowej ukazujący transport jonów litu pomiędzy warstwami materiału Mxene (Mo2C) stosowanego jako anoda w akumulatorze Li-ion (jony litu – zielony, atomy molibdenu – niebieski i atomy węgla – czarny).

Całkowicie półprzewodnikowe akumulatory litowo-jonowe są lepsze w porównaniu z obecnymi akumulatorami litowo-jonowymi (LIB) pod następującymi względami:

  • mają bardziej bezpieczny skład chemiczny,
  • są kompaktowe,
  • mają większą pojemność,
  • szybciej się ładują,
  • działają efektywnie w wyższych temperaturach w porównaniu do obecnie używanych akumulatorów litowo-jonowych.

Partnerzy przeprowadzą wspólnie eksperymenty aby zbadać i zasymulować rzeczywiste warunki pracy baterii z wykorzystaniem nowoczesnych skaningowych i transmisyjnych mikroskopów elektronowych. Takie zrozumienie procesów na poziomie atomowym pozwoli na lepsze zaprojektowanie i rozwój nowych materiałów z wykorzystaniem związków litu, aby dało się w pełni wykorzystać ich możliwości w celach ładowania i rozładowania akumulatorów. Pomyślna realizacja projektu doprowadzi do weryfikacji nowej koncepcji baterii opartych na strukturach 2D do magazynowania energii.

Prezentacja pierwszych rezultatów projektu będzie miała miejsce w trakcie Symposium on Advanced Technologies and Materials /ATAM 2022/  6 -9 września 2022.

Rejestracja: https://atam.port.org.pl/

@PORT_Wroclaw