منصب زميل ما بعد الدكتوراه (PDF): "المقاييس المتعددة / الفيزياء خارج الموقع مقابل في الموقع مقابل العمليات ...

السياق المجتمعي والعلمي والتكنولوجي

تواجه البشرية في القرن الحادي والعشرين طلبًا متزايدًا بسرعة على حلول فعالة لتوليد الطاقة وتخزينها لتلبية احتياجات المجتمع الأساسية التي تبلورت في هدف التنمية المستدامة للأمم المتحدة (SDG) رقم 7: ضمان الوصول إلى طاقة حديثة وموثوقة ومستدامة وبأسعار معقولة للجميع. تدعو هذه المطالب الملحة إلى اختراقات ابتكارية تفتح حواجز تكنولوجية مستقبلية (متوقعة بالفعل) لتوليد طاقة أكثر أمانًا / أنظف (منزوعة الكربون) (أي تحسين مزيج الطاقة المناسب) متوازنة من خلال الوصول المهم بنفس القدر إلى حلول تخزين الطاقة 2.0 لضمان طاقة قابلة للتنفيذ التوازن على كوكب بموارد محدودة. تخلق هذه القضايا الحادة والحاسمة تحديات غير مسبوقة ولكنها محفزة حقًا للباحثين لإنتاج تأثيرات كبيرة وتحويلية لإفادة مجتمعاتنا. هذا صحيح بشكل خاص لتطوير حلول تخزين الطاقة الكهروكيميائية في المستقبل ، والتي تعتمد على تقدم العلوم والتكنولوجيا للسماح بمزيد من الأمان من خلال تصميم بطاريات قابلة لإعادة الشحن مع كثافة طاقة محسنة.

ضمن هذا السياق ، يُتوقع تطوير الجيل التالي من البطاريات القائمة على الأنود (مثل Li أو Na أو K) كتقنيات واعدة للتمكين الرئيسي. بالنسبة للبطاريات القائمة على الليثيوم القابلة لإعادة الشحن (LiBs) ، فإن الأنود المعدني سيسمح بالفعل بزيادة قدرها عشرة أضعاف في السعة المحددة مقارنةً بأنود الجرافيت. ومع ذلك ، فإن تسويق بطاريات الليثيوم المعدنية الثانوية (LMBs) لن يصبح ممكنًا إلا عندما يتم التغلب على مشاكل السلامة والأداء الحالية: 1) التسرب ، والاستقرار الكيميائي الضعيف ، والقابلية للاشتعال ، والتفاعلات الطفيلية مع معدن Li ، 2) الليثيوم غير المستقر والتشجير ترسب ، و 3) أداء محدود نوعا ما للكهارل العضوية (السائلة). ترتبط هذه المشكلات جزئيًا بقلب LiBs ، أي الإلكتروليتات: إلكتروليتات عضوية سائلة ذات أعداد تحويل كاتيونية منخفضة ، وموصلات أيونية منخفضة نسبيًا وخصائص ميكانيكية رديئة للملح في البوليمر (الصلب) إلكتروليتات البوليمر (SPEs). وهذا يستدعي مخططًا جديدًا لإطلاق اختراقات ابتكارية تسمح لكيمياء الخلايا طويلة الأمد والفعالة بإطلاق العنان لطريق التسويق إلى (كثيرًا) بانتظار بطاريات ثانوية أكثر أمانًا من حيث التصميم والأداء العالي.

الأهداف والعقلانية

تماشيًا مع مسار مبادرة البطارية الأوروبية 2030+ (FET-Flagship) التي تبلغ مدتها عشر سنوات (الموقع الإلكتروني: https://battery2030.eu/: البيان وخريطة الطريق) ، يهدف مشروع بحث PDF هذا إلى تحقيق عدة نطاقات / فيزياء سابقة -الموقع مقابل في الموقع مقابل الأوباندو الكهروكيميائي / التوصيف البنيوي لل LMBs ذاتية الشفاء.

لتحقيق هذا الطموح وتجاوز أحدث التقنيات (SoA) ، يرتكز هذا المشروع الأساسي الموجه نحو البحث على فئة وظيفية مبتكرة تعتمد على المادة اللينة من الإلكتروليتات العضوية 2.0: البلورات السائلة الأيونية الحرارية (TILCs). تمثل هذه الإلكتروليتات القابلة للضبط حسب التصميم الموصلة الأيونية والكيميائية المحايدة (المفهوم العام لـ Li + Na + ، K + (إلخ)) اندماج صنفين معروفتين من المواد: البلورات السائلة الحرارية المستجيبة للمحفزات والتجميع الذاتي ديناميكيًا ( TLCs) والموصلات العضوية الموجبة (Li + / Na + / K +). سيكون هدفها الشامل ومنطقيها هو تقديم دليل على عروض توضيحية للمفهوم لقدرتها على الشفاء الذاتي جنبًا إلى جنب مع وظائف النقل الكاتيوني المحدود النانوي ضمن الأشكال المحددة 1D أو 2D أو 3D التي تربط أنود Li Metal والكاثود من LMBs.

مهام بحث PDF

سيهدف ملف PDF في المقام الأول إلى فك رموز العلاقات الكهروكيميائية / الهيكلية / النقل الأيوني متعدد المقاييس داخل الطور البيني TILC و TILC / الأقطاب الكهربائية في أجهزة تخزين الطاقة الكهروكيميائية (البطاريات وخلايا الحقيبة) لمراقبة العمليات الكهروكيميائية / التفاعلات البينية وتأثيرها على مؤشرات الأداء الرئيسية (مؤشرات الأداء الرئيسية) LMBs ذاتية الشفاء التي تم تطويرها بموجب H2020 (اتفاقية المنحة رقم 957202) مشروع HIDDEN

سيكون أيضًا مسؤولاً عن توصيف (هيكل وديناميكيات) TILCs التي تم توليفها بواسطة CNRS + UGA & Specific Polymers الشريك في H2020 (اتفاقية المنحة رقم 957202) مشروع HIDDEN. سوف يتطرق إلى سؤالين أساسيين حول الشفاء الذاتي للكهارل العضوية ذات البنية النانوية في الجيل التالي من أجهزة تخزين الطاقة الكهروكيميائية: 1) دور الأبعاد (1D مقابل 2D مقابل 3D) في الترشيح والتعدين النانوي لحاملات الشحنة ضمن الطور متعدد النطاقات- المنحل بالكهرباء المنفصل مع العزل ذاتي التنظيم الهرمي والمراحل الفرعية الموصلة و 2) الفسيفساء الديناميكية وإدارة الخلل في المادة اللينة الموصلة أيونيًا ، مع أو بدون محفزات خارجية.

لتحقيق هذه المهام المتشابكة ، سيستفيد من مختبر SoA. (UMR5819-SyMMES: منصة HyBRID-EN) والأوروبية (مثل ESRF & Soleil) مرافق واسعة النطاق مخصصة (خارج الموقع / في الموقع / operando) تميز المنصات متعددة الوسائط / الفيزياء ، مع الاستفادة من و / أو الجمع بين: دقة عالية & مطيافية الحالة الصلبة NMR (HR-NMR & SS-NMR) و FTIR الطيفية ، قياس المسح التفاضلي (DSC) ، الفحص المجهري البصري المستقطب (POM) ، الأشعة السينية المستندة إلى السنكروترون (SAXS / WAXS) التشتت والأشعة السينية ((( نانو-) التصوير المقطعي المحوسب والمتماسك (شعاع النانو) الانشراعي) التصوير ، مطيافية المعاوقة الكهروكيميائية الفعالة (PEIS) ، ركوب الدراجات الجلفانية مع قيود محتملة (GCPL) ، تقنية المعايرة الجلفانية المتقطعة (GITT) التدرج النبضي الميداني (PFG-NMR) و NMR ، على سبيل المثال لا الحصر.

سياق العمل

C س نصح الدكتور P. Rannou (ORCID: 0000-0001-9376-7136 الصفحة الرئيسية العلاقات العامة و:) والبروفيسور S. Sadki (ORCID: 0000-0002-4187-6039) في مختبر UMR5819-سمس في غرونوبل داخل مباني حرم غرونوبل للابتكار للتكنولوجيات الجديدة المتقدمة (GIANT) ، سيتم تضمين ملف PDF في فريق CNRS + UGA لمشروع H2020 الذي تم منحه مؤخرًا لمدة 3 سنوات (الموضوع: LC-BAT-14-2020: " وظائف الشفاء الذاتي لكيمياء خلايا البطارية طويلة الأمد ". نوع الإجراء: RIA. الميزانية: 4،000،000 يورو. تاريخ البدء: 1 سبتمبر 2020. تاريخ الانتهاء: 31 أغسطس 2023) جمع خبرة التخصيب المتبادل والمعرفة كيف يعمل سبعة شركاء (VTT و CNRS + UGA و CSEM و BFH و Belenos Clean Power و Specific Polymers و RTD Talos Ltd عبر أوروبا ضمن مبادرة Battery 2030+ الأوروبية (https://battery2030.eu) مشروع HIDDEN (اتفاقية المنحة رقم 957202 ).

المواقع الإلكترونية: https://cordis.europa.eu/project/id/957202 & https://www.hidden-project.eu/

لينكد إن: https://www.linkedin.com/showcase/hidden-project

تويتر: https://twitter.com/HIDDENProjectEU

الفيسبوك: https://www.facebook.com/HiddenProjectEU

ضمن هذه الكيمياء العلمية الغنية ((الكهربية) ، والفيزياء ، والعلوم / التقنيات النانوية ، وتخزين الطاقة الكهروكيميائية ، والنانو أيونيكس / فلويديك) والبيئة متعددة الجنسيات ، سيشارك بقوة في المهام المتنوعة للغاية والشاملة في H2020 ( اتفاقية المنحة رقم 957202) مشروع HIDDEN ، يستفيد من التفاعلات (والإقامات القصيرة وإجراءات التدريب المحددة) ضمن نظام بيئي فريد للبحث والابتكار يتكون من المعامل الأكاديمية والشركات الصغيرة والمتوسطة ومنظمات البحث والتكنولوجيا (RTOs المتخصصة في نقل التكنولوجيا والبحوث الموجهة نحو الصناعة) الابتكار) ، وشركات تصنيع البطاريات في طليعة "ما وراء SoA" للأبحاث والابتكار في مجال المواد الناعمة وتخزين الطاقة الكهروكيميائية لتطوير مشروعها البحثي المتعلق بتنسيق PDF وتوسيع شبكتها المهنية

مزيد من القراءة (الموضوعات: البلورات السائلة الوظيفية ، النقل الأيوني المحدود بالنانو ، إلكتروليتات البوليمر المشترك الدقيقة ، إلكتروليتات البوليمر الصلبة ، الإلكتروليتات القائمة على TILCs): مقالات وبراءات اختراع مختارة خلال الفترة 2014-2020

* 1. بريسر ، د ؛ ليكلير ، م ؛ برنارد ، لام ؛ رانو ، ب. Mendil ‐ Jakani، H؛ كيم ، جي تي ؛ زينكفيتش ، تي ؛ إندريس ، س ؛ جبل ، ج. ليونارد ، س ؛ بيكارد ، لام ؛ "البلورات العضوية السائلة كموصلات أحادية أيون Li +" ، ChemSusChem ، (2020). DOI: 10.1002 / cssc.202001995

* 2. شيريان ، تي. روزا نونيس ، د. الدانماركي ، تيراغرام ؛ جاكمين ، ياء ؛ فاينيو ، يو ؛ Myllymäki ، T. تيمونين ، ياء ؛ هوبينوف ، ن. ماريشال ، م. رانو ، ب. Ikkala، O. "Supramolecular التجميع الذاتي من السوائل الأيونية nanoconfined للنقل أيون متباين الخواص سريع"، المحامي. Funct. ماتر. 29 ، 1905054 (2019). DOI: 10.1002 / adfm.201905054

* 3. Myllymäki ، TTT ؛ جولييفا ، أ. كوربي ، أ. كوستياينن ، ماساتشوستس ؛ هيننين ، ف. نونابا. رانو ، ب. O. Ikkala. O. ، Halila ، S. "بلورات سائلة متقطعة وبوليمرات فوق الجزيئية خطية من السكريات قليلة التفعيل نهائية" ، Chem. كومون. 55 ، 11739-11742 (2019) ، DOI: 10.1039 / C9CC04715H

* 4. أوفرتون ، ب. رانو ، ب. Picard L. "جزيئات السلفوناميد الكبيرة مفيدة كإلكتروليتات بوليمر موصلة أحادية الأيون" ، FR3068693 ، WO / 2019/008061 ، 10 يناير 2019. PCT / EP2018 / 068135

* 5. تريغ ، إب ؛ جاينز ، TW ؛ ماريشال ، م. مويد ، دي ؛ رانو ، ب. واغنر ، ك ب ؛ ستيفنز ، إم جي ؛ Winey ، KI "الطبقات الحمضية عالية التركيب ذاتية التجميع في البولي إيثيلين المسلفن بدقة تنتج نقلًا فعالًا للبروتون" ، Nat. ماتر. 17 ، 725-731 (2018). DOI: 10.1038 / s41563-018-0097-2

* 6. ديلهورب ، ف. بريسر ، د. مندل جاكاني ، هـ. رانو ، ب. برنارد ، إل. جوتل ، تي. ليونارد ، إس. Picard ، L. "الكشف عن آلية التوصيل الأيوني في بولي القائم على الإيميدازوليوم (السوائل الأيونية): دراسة شاملة للتفاعل بين البنية إلى النقل" ، الجزيئات الكبيرة 50 ، 4309-4321 (2017). DOI: 10.1021 / acs.macromol.7b00197

* 7. بيكارد ، إل. جبل ، ج. Leclère ، M. ؛ مندل جاكاني ، هـ. Rannou، P.، "Electrolytes for Electrochemical المولدات"، FR3041358، US20180261886، EP3353262، WO / 2017/050769، March 30، 2017. PCT / EP2016 / 072312

* 8. إيكالا ، أو. هوبينوف ، ن. Rannou ، P. ، "من التجميع الذاتي للكتل البوليمر المشترك ، البلورة السائلة ، والمفاهيم فوق الجزيئية إلى الوظائف" ، دليل البلورات السائلة (8 مجلدات) ، الطبعة الثانية ، محرران. JW Goodby، PJ Collings، T. Kato، C. Tschierske، H. Gleeson، P. Raines، ISBN-13: 978-3-527-32773-7، Wiley-VCH، Weinheim، Germany، Volume 7: Supramolecular and Polymer البلورات السائلة ، 541-598 (2014). DOI: 10.1002 / 9783527671403.hlc122

الكلمات الدالة

1: الكيمياء الكهربائية.

2: تخزين الطاقة الكهروكيميائية.

3: بطاريات الليثيوم المعدنية (LMBs).

4: ارتباطات متعددة المقاييس / هيكل الفيزياء / النقل الأيوني: SAXS / WAXS ، X-ray CDI / CT & CV ، EIS ، PEIS ، GCPL ، GIIT.

5: خارج الموقع مقابل في الموقع مقابل operando SoA توصيفات متعددة الوسائط داخل المختبر. (SYMMES) والمرافق واسعة النطاق (القائمة على السنكروتون) (مثل ESRF / Soleil).

6: المنحلات بالكهرباء ذاتية الشفاء.

الشكل 7: بلورات السوائل الأيونية الحرارية (TILCs).

8: النقل الأيوني المحدود بالنانو: NanoIonics / Nanofluidics.