Aqueous Metal-ion Batteries: Safe and Sustainable by Design
Doktorsavhandling, 2024
In this thesis we explore the possibility of assembling unconventional AMIBs and hybrid supercapacitors by considering both the active and passive materials of the electrochemical cell. Sodium based technologies are the starting point, the materials used are primarily organic, and there is a pervading theme of finding remedies for the active material dissolution issue of aqueous electrolytes. The latter is addressed without resorting to common routes e.g. saturating the electrolyte with expensive fluorinated/perchlorate salts or incorporating organic co-solvents. Instead, other types of electrolyte concepts are suggested – with the intention to maintain the low-cost and sustainable aspects of aqueous batteries, new kinds of electrodes are made, and novel electrochemical full cells are created and studied with a wide range of analytical techniques to assess the behaviour, interplay, and performance of the cells and their constituents.
Författare
Martin Karlsmo
Chalmers, Fysik, Materialfysik
High‐performant all‐organic aqueous sodium‐ion batteries enabled by PTCDA electrodes and a hybrid Na/Mg electrolyte
Angewandte Chemie - International Edition,;Vol. 60(2021)p. 24709-24715
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Sustainability and Technical Performance of An All-Organic Aqueous Sodium-Ion Hybrid Supercapacitor
Batteries and Supercaps,;(2022)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Exploring the electrochemistry of PTCDI for aqueous lithium-ion batteries
Energy Storage Materials,;Vol. 66(2024)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Le Chatelier's principle enables stable and sustainable aqueous sodium/magnesium-ion batteries
Journal of Materials Chemistry A,;Vol. 12(2024)p. 4029-4036
Artikel i vetenskaplig tidskrift
A guanidium salt as a chaotropic agent for aqueous battery electrolytes
Chemical Communications,;Vol. 59(2023)p. 12266-12269
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Litiumjonbatterier har tagit över batterimarknaden och finns nu i allt från klockor och bärbara datorer till elbilar. Förutom dessa tillämpningar är storskalig energilagring en väsentlig del av ett framtida elektrifierat samhälle, vilket behovet av snabbt accelererar – pådrivet av den gröna omställningen. Trots litiumjonbatteriteknologins framsteg är de inte helt oproblematiska. De innehåller brandfarliga och explosiva vätskor, de innehåller dyra material som delvis är utvunna oetiskt och de har även en hög produktionskostnad.
Som tur är går det att bygga batterier helt utan ovanstående problem. Man kan till exempel använda organiska material, mer godartade metaller och vatten som jonledande vätska vilka tillsammans skulle skapa ett billigare och mer miljövänligt batteri än dagens alternativ. Dessa batterier har inte samma prestanda men det är inte heller nödvändigt för alla tillämpningar. För stationär energilagring och mindre krävande elektriska apparater skulle vattenbaserade batterier med lägre spänning och energidensitet passa väl som komplement till de högpresterande litiumjonbatterierna. I avhandlingen utforskas det här konceptet; nya vattenbaserade batterier sätts ihop, studeras och testas med målet att bidra till ett mer hållbart energilagringssegment. Vi avstår från helhetsutvärderande verktyg (t.ex. livscykelanalys) utan istället läggs fokus på batteridesignen där komponenter enbart väljs om de är gjorda av miljövänliga(re) material.
Uthålliga batteriteknologier via vattenbaserade elektrolyter och okonventionella elektroder och förpackningar
Formas (2018-01450), 2019-01-01 -- 2021-12-31.
Nästa generations batterier
Vetenskapsrådet (VR) (2021-00613), 2021-12-01 -- 2032-12-31.
Drivkrafter
Hållbar utveckling
Ämneskategorier
Materialkemi
Infrastruktur
Chalmers materialanalyslaboratorium
Styrkeområden
Materialvetenskap
ISBN
978-91-8103-042-6
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 5500
Utgivare
Chalmers
PJ-salen, Fysik Origo
Opponent: Claudio Gerbaldi, Politecnico di Torino, Italien