47310 Batterimaterialer og batterikemi: fra fundamentale mekanismer
til battericeller
Kurset giver en dybdegående introduktion til
batterikemi og batterimaterialer. I får erfaring med både
eksperimentel ("hands-on") batteriteknologi og teoretiske
beregninger på atomart plan af batterimaterialer.
Engelsk titel:
Battery Materials and Chemistries: from
Fundamental Mechanisms to Battery Cells
Forelæsninger, eksperimentelle øvelser, computerøvelser
Sikkerhed i laboratoriet indgår som en del af kurset
Der vil være kursusevaluering i løbet af kurset
Gennem en kombination af forelæsninger, gruppearbejde,
beregningsmæssige øvelser og laboratorieøvelser vil de studerende
lære de grundlæggende principper for elektrokemisk energilagring og
vil blive i stand til at beskrive de vigtigste komponenter og
reaktionsmekanismer i batterier. De vil kunne modellere, analysere
og forstå elektrokemiske egenskaber og degraderingsmekanismer for
forskellige typer batterier under forskellige driftsbetingelser. En
forståelse af kritiske aspekter ved udvælgelse af aktive materialer
og komponenter til battericeller vil blive opnået. De studerende
vil kende fordele og ulemper ved batterier, sammenlignet med andre
energilagringsteknologier, ved forskellige anvendelser inden for
energilagring.
Læringsmål:
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
Beskrive de fundamentale egenskaber af et batteri
Forklare ligheder og forskelle mellem forskellige batterityper
og batterikemier
Forklare mekanismer og egenskaber af de enkelte
batterikomponenter
Forstå de kritiske parametre ved udvælgelse af
batterimaterialer
Vurdere kritiske parametre i driftsbetingelser
Analysere elektrokemiske data for batterier
Beregne energieffektivitet
Forklare mulige degraderingsmekanismer og deres indflydelse på
batteriegenskaber
Beskrive fordele og ulemper ved anvendelse af forskellige
batterityper sammenlignet med andre energilagringsmetoder
Anvende computersimuleringer til beskrivelse af
batterimaterialer og processer
Kursusindhold:
Principper for forskellige batterityper og batterikemier. Metoder
til en teoretisk beskrivelse af fundamentelle egenskaber af
battericelle og batterimaterialer. Materialekrav og begrænsninger
for de enkelte komponenter, dvs. elektrolyt, anode- og
katodematerialer. Udfordringer i forbindelse med battericeller med
hensyn til materialer og grænseflader i en strukturel og kemisk
kontekst. Karakterisering og beskrivelse af ændringer i celler ved
bl.a. elektrokemisk impedansspektroskopi og cyklisk voltammetri.
Strukturel og mikrostrukturel beskrivelse af batterimaterialer.
Beskrivelse og studier af degraderingsmekanismer i state-of-the-art
lithium-ion- og lithiumluftbatterier. Diskussioner om fremtidens
elektrokemiske energilagringsløsninger.
Bemærkninger:
I løbet af kurset vil de studerende udføre praktiske øvelser,
herunder samling af lithium-ion- eller lithiumluftbatterier. Disse
vil blive karakteriseret f.eks. ved impedansspektroskopi, og
effekten af lade-/afladestrøm på overpotentialer og kapacitet vil
blive undersøgt. De studerende vil også foretage beregninger og
modellering ved DFT metoder (density functional theory) af
overpotentialer i lithium-luft og/eller iontransport i
lithium-ionbatterimaterialer.
Mulighed for GRØN DYST deltagelse:
Dette kursus giver den studerende en mulighed for at lave eller
forberede et projekt som kan deltage i DTUs studenterkonference om
bæredygtighed, klimateknologi og miljø (GRØN DYST). Se mere på
http://www.groendyst.dtu.dk
