Simon Loftager ph.d.-forsvar 31/10/2016

Ph.d.-forsvar: Computermodellering af materialer til batterier

tirsdag 01 nov 16
|
af

Computational investigations of interfacial transport mechanisms and charge localization in positive-electrode materials

Hovedvejleder: Tejs Vegge

Medvejleder: Juan Maria García Lastra

Ph.d.-studiet var en del af projektet Hi-C, ‘Novel in situ and in operando techniques for characterization of interfaces in electrochemical storage systems’, som er finansieret af EU’s 7.Rammeprogram for Forskning og Teknologisk Udvikling.

Simon Loftager forsvarede mandag 31.oktober 2016 sin ph.d.-afhandling med titlen “Computational investigations of interfacial transport mechanisms and charge localization in positive-electrode materials”.

Selv om litium-ion-batterier anvendes snart sagt alle vegne, fra mobiltelefoner til elbiler, er det stadig en udfordring at kunne lagre nok energi i dem. Et batteri består af to elektroder adskilt af en elektrolyt. Når batteriet oplades, får en påtrykt elektrisk spænding litium-ioner til at bevæge sig fra den positive elektrode gennem elektrolytten og ind i den negative elektrode. Ved afladning sker den modsatte proces, ledsaget af en elektrisk strøm i det ydre kredsløb. Hvor let litium-ionerne og elektronerne kan bevæge sig i den positive elektrode er afgørende for mange af batteriets egenskaber. De sidste tre år har Simon Loftager studeret de mekanismer på atomart niveau der bestemmer transporten af ioner og elektroner i elektroden. 

Simon Loftager ph.d.-forsvar

En elektrode viser sig nemlig at være et kompliceret fysisk-kemisk system, som ud over grænseflader til andre materialer i batteriet kan indeholde en række indre grænseflader mellem forskellige faser af elektrodematerialet. Transportegenskaberne afhænger både af grænsefladerne og af selve faserne. Simon har studeret disse spørgsmål teoretisk ved hjælp af såkaldt tæthedsfunktionalteori, som bl.a. gør det muligt at beregne hvordan Li-ioner kan bevæge sig gennem et grænselag eller hvor stabile to forskellige faser er i forhold til hinanden.

Simon har især fokuseret på det lovende elektrodemateriale litium-jern-borat (LiFeBO3). I praksis har dets elektrokemiske egenskaber imidlertid været dårligere end forventet. Her har Simon kunnet påvise at det skyldes dannelsen af en intermediær fase, Li0.5FeBO3, som har væsentlig ringere transportegenskaber end LiFeBO3. Derimod har selve grænselagene mellem de to faser tilsyneladende ikke nogen indflydelse på elektrodens egenskaber. Simon har også studeret effekten af det beskyttende lag af kulstof som normalt pålægges litium-jern-borat. Han har undersøgt hvordan dette påvirker transporten af litium-ioner, og i særdeleshed har han identificeret en ny konfiguration af kulstoflaget der vil optimere transporten over grænselaget.

Efter tre år med intense batteristudier har Simon stadig appetit på feltet: Han er netop blevet ansat på DTU Energi i en postdoc-stilling hvor han skal studere en helt ny klasse af elektrodematerialer inden for rammerne af EU-projektet LiRichFCC.

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.