Beräkningsmodel för gränsytor för multifysikaliska processer - analys av katodbelagda kolfiberelektroder

Forskningsprojekt, 2024 – 2027

Den globala uppvärmningen har lett till en ökad medvetenhet om behovet att minska utsläppen av växthusgaser. Som ett resultat av detta görs stora satsningar för att elektrifiera våra transportsystem. Omfattande forskningsprogram för elektrifiering tvärs transportslag har lanserats inom EU och globalt. Den föreslagna forskningen är en del av en större satsning på att flytta en del av den lagrade energin från dagens tunga, strukturellt parasitiska, batterier in i flygplanets skrov eller bilens kaross. Det vill säga att göra batterimaterial som kan användas direkt i den lastbärande strukturen. Om ett sådant material realiseras, även med moderata mekaniska och elektriska egenskaper, så kan en avsevärd minskning av farkostens totalvikt åstadkommas. Detta leder till ett mer energieffektivt fordonsystem. Genom att realisera sådana strukturella batterikompositer så kan vi på sikt möjliggöra ”viktlös” energilagring.Strukturella batterier utnyttjar kolfibrer i de båda elektroderna. Kolfibrer fungerar utmärkt som anod i litium-jonbatterier. Som katod utnyttjar vi litiumjärnfosfatbelagda kolfibrer. På så sätt så skapas ett batteri med höga mekaniska prestanda och god energilagringskapacitet.I projektet avser vi utveckla beräkningsmodeller för den katodbelagda kolfiberelektroden, och det kolfiberbaserade strukturbatteriet. Sådana modeller saknas i dag och måste utvecklas för att möjliggöra utveckling av optimala strukturella batterier. Nödvändiga experimentella data kommer att tas fram inom projektet. Följande forskningsuppgifter ingår: (i) relevanta elektrokemiska-mekaniska balansekvationer och materialsamband ställs upp för tunna katodbeläggningar på kolfibrer (ii) effektiv flerskaleanalys genom homogenisering av gränsskiktet och (iii) formulering av helcellsmodell för det kompletta kolfiberbaserade strukturbatteriet. Avsikten är att med kunskap om de kopplade elektrokemiska och mekaniska processerna kunna styra de multifunktionella egenskaperna hos materialet på önskat sätt.