Uorganisk materialekemi

Uorganisk materialekemi – materialer til energiopbevaring

Vejleder: Dorthe B. Ravnsbæk

Forudsætninger: KE521 og KE523 eller tilsvarende skal være bestået.

Projektbeskrivelse:

 Udvikling af nye løsninger til udnyttelse af vedvarende og miljøvenlig energi er en af dette århundredes største samfundsmæssige udfordringer. Derfor er det vigtigt at vi benytter vores kemiske viden og bidrager til at skabe nye effektive energi-materialer til både energiudvinding og –lagring.

I min forskningsgruppe er vi især optaget af at fremstille nye uorganiske materialer til genopladelige batterier der er bedre end den nuværende Li-ion batteriteknologi. Det kan være materialer der har en længere levetid, er billigere, kan lades hurtigere eller være baseret på helt nye batteriteknologier som for eksempel Mg- og Al-ion batterier. Vi er meget interesserede i at forstå sammenhænge mellem krystal struktur, batteriet ydeevne og de ændringer der sker i materialernes struktur når batteriet af- og oplades.     

Indenfor disse rammer kan et bachelorprojekt udformes på forskellig måde men vil typisk bestå af et eller flere af følgende elementer:

Syntese af elektrode materialer:

Ved hjælp forskellige synteseteknikker (f.eks. hydrotermal syntese, sol-gel metoder, fast fase reaktioner) fremstilles et eller flere elektrode materialer. Materialerne er typisk oxider, phosphater eller silikater af overgangsmetaller. Formålet med syntesen kan være at fremstille bestemte polymorfer, systematisk variation af den kemiske sammensætning eller variation af nanotopologien (partikelstørrelse og –form eller fremstilling af nanotubes).                          

Batterifremstilling og –test:

 

For at teste materialernes evne som elektroder i genopladelige batterier fremstilles testbatterier hvori de nye elektrodematerialer indgår. Batteriernes effektivitet under af- og opladning undersøges (potentiale og kapacitet) og der ses på hvor stabile materialerne er over mange af- og opladningscykler. Projektet kan også gå ud på at undersøge hvor godt forskellige elektrolytter virker i samspil med et specifikt materiale og se på hvilke sidereaktioner, som er skadelige for batteriet, der kan forløbe.  

Detaljeret materiale karakterisering

Generelt benytter vi pulver røntgen diffraktion til at identificere de fremstillede materialer og klarlægge deres krystalstrukturer både før og efter af- og opladning. I nogle projekter vil andre karakteriseringsmetoder også blive inddraget for at undersøge f.eks. partikelstørrelse (BET), partikelmorphologi (SEM), kemisk sammensætning (XRF, ICP) og ikke krystallinske forbindelser (NMR).

Synkrotron studier af krystalstruturers ændring under af- og opladning

For at forstå hvordan krystalstrukturerne af elektroderne ændrer sig når batteriet er i brug benytter vi synkrotron røntgenstråling, som er intens nok til at trænge igennem batteriet. På den måde kan vi måle pulver røntgen diffraktions data fra batteriet mens det kører og derved forstå hvordan de strukturelle ændringer relaterer til batteriets ydeevne. I nogle bachelorprojekter vil aktiv deltagelse i synkrotron eksperimenter være mulig.

Projekter kan udføres i samarbejde med andre forskningsgrupper f.eks. Ulla Gro Nielsen (fast stof NMR) og Kaare Lund Rasmussen (røntgen fluorescens).