Projekt

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Hybrid organic-inorganic lithium metal diphosphonates and derivatives, new insertion materials for Li-ion batteries

Titel Englisch Hybrid organic-inorganic lithium metal diphosphonates and derivatives, new insertion materials for Li-ion batteries
Gesuchsteller/in Sallard Sébastien
Nummer 146224
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Labor für Elektrochemie Paul Scherrer Institut
Hochschule Paul Scherrer Institut - PSI
Hauptdisziplin Anorganische Chemie
Beginn/Ende 01.11.2013 - 31.12.2016
Bewilligter Betrag 191'267.00
Alle Daten anzeigen

Alle Disziplinen (3)

Disziplin
Anorganische Chemie
Materialwissenschaften
Physikalische Chemie

Keywords (5)

Hybrid organic-inorganic ; Lithium ion-batteries; In situ methods; Synthesis; Insertion materials

Lay Summary (Französisch)

Lead
Hybrides organiques-inorganiques de diphosponates métalliques et dérivés, nouveaux matériaux d’insertions pour les batteries lithium ions.Hybrid organic-inorganic lithium metal diphosphonates and derivatives, new insertion materials for lithium ion batteries.
Lay summary

Chapeau Le développement de batteries plus performantes est nécessaire pour répondre aux besoins croissants de la société moderne pour l’électromobilité (téléphones et ordinateurs portables, véhicules électriques…). La capacité de stockage des batteries actuelles est principalement limitée par les matériaux actifs utilisés dans l’électrode dite positives. Ces matériaux actifs « positifs » sont dits matériaux d’insertions car c’est là qu’ont lieu les mécanismes d’insertion et d’extraction des ions lithium qui permettent le stockage de l’énergie électrochimique. Les matériaux d’insertions utilisés pour les applications industrielles sont exclusivement inorganiques. Les matériaux organiques actifs pour batteries présentent un potentiel de développement quasi-infini du fait de la grande flexibilité de la chimie organique, mais leur faibles performance ont conduit à leur quasi-abandon pour des applications industrielles depuis 20 ans. Il n’existe à ce jour aucun exemple de matériau hybride organique-inorganique d’insertion pour les batteries combinant les propriétés et avantages de la partie inorganique et de la partie organique. 

Contenu et objectif du travail de recherche  Notre principal objectif est de déterminer si les matériaux hybrides organique-inorganiques sont potentiellement de bon candidats comme matériaux d’insertion dans les batteries lithium ions. Ce travail est basé sur le développement de matériaux diphosphonates métalliques et dérivés. Les performances de ces matériaux seront étudiées et comparées avec le matériau inorganique de référence métal-phosphate correspondant. 

 Contexte scientifique et social du projet de recherche Ce projet pourrait aboutir à l’émergence d’une nouvelle famille de matériaux d’insertion et à terme de répondre aux besoins croissants pour l’électromobilité de la société moderne.

 

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 27.03.2013

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Publikation
Litihum iron metylenediphosphonate: A model material for new organic-inorganic hybrid positive electrode materials for Li-ion batteries
Schmidt Sebastian, Sheptyakov Denis, Jumas Jean-Claude, Medarde Marisa, Benedek Peter, Novák Petr, Sallard Sébastien, Villevieille Claire (2015), Litihum iron metylenediphosphonate: A model material for new organic-inorganic hybrid positive electrode materials for Li-ion batteries, in Chemistry of Materials, 27(23), 7889-7895.
Fe and Co methylenediphosphonates as conversion materials for Li-ion batteries
Schmidt Sebastian, Sallard Sébastien, Sheptyakov Denis, Nachtegaal Maarten, Novák Petr, Villevieille Claire, Fe and Co methylenediphosphonates as conversion materials for Li-ion batteries, in Journal of Power Sources.

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
ICGM - UMR5253- Equipe AIME Frankreich (Europa)
- Publikation
Paul Scherrer Institute, Research with Neutrons and Muons (NUM) Division Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
Paul Scherrer Institute, Laboratory for Scientific Developments and Novel Materials Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen

Wissenschaftliche Veranstaltungen

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
67th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry Einzelvortrag Lithium Iron Methylene Diphosphonate, an Organic-Inorganic Hybrid Material for Positive and Negative Li-ion Battery Electrodes. 21.08.2016 The Hague, Niederlande Schmidt Sebastian;
International battery Association 2016 Poster Lithium iron methylene diphosphonate, a new organic-inorganic hybrid positive electrode material for Li-ion batteries 20.03.2016 Nantes, Frankreich Sallard Sébastien;
66th Annual ISE meeting Poster Lithium iron methylene diphosphonate, a new organic-inorganic hybrid positive electrode material for Li-ion batteries 04.10.2015 Taipei, Taiwan Sallard Sébastien;
65th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry Poster Lithium Iron Diphosphonates, Organic-Inorganic Hybrid Materials as New Positive Electrode Materials for Li-Ion Batteries 31.08.2015 Lausanne, Schweiz Schmidt Sebastian;
Lithium Battery Discussions 2015 Poster Lithium iron methylene diphosphonate, a new organic-inorganic hybrid positive electrode material for Li-ion batteries 21.06.2015 Arcachon, Frankreich Schmidt Sebastian;
Groupe Français d'étude des composés d'insertion Vortrag im Rahmen einer Tagung Lithium iron methylene diphosphonate, a new organic-inorganic hybrid positive electrode material for Li-ion batteries 31.03.2014 St Pierre d'Oléron, Frankreich Sallard Sébastien;


Auszeichnungen

Titel Jahr
Chemistry Travel Award 2016

Abstract

The goal of this project is to open the perspectives for hybrid organic-inorganic anions as a component of insertion materials, in particular materials able to reversibly accommodate Li-ion. We want to understand and to tune the electrochemical properties (potential, specific charge, reduction/oxidation mechanisms…) of the hybrid organic-inorganic insertion materials. The primary objective is to determine the influence of the possible different organic groups R in Li2M(O3P-R-PO3) compared to the lithium metal pyrophosphate Li2MP2O7 as inorganic material reference. The secondary objective is to understand the role of the P and/or Si atoms in the anionic part (hybrid phosphonate-silanes P-R-Si and disilanes Si-R-Si) and the role of the cationic composition (Li2M, Li3M and Li2M2) on the electrochemical properties of the hybrid organic-inorganic insertion materials.The metal M(n+) present in the insertion materials is essential because it is where the oxidation/reduction takes place. But the choice of the proper anion is also critical for the electrochemical properties of the material, examples include the lithium metal oxides LixMyOz, the lithium metal phosphates LiMPO4, and the lithium metal silicates Li2MSiO4. In the recent years, new syntheses of insertion materials using molecular precursors in solutions and soft conditions (below 300°C) have been published. The hybrid organic-inorganic insertion materials are not anymore fantasies. The introduction of an organic part opens quasi-infinite possibilities on the synthesizable materials due to the high number of R-groups usable, their location in the material, and their combination with different inorganic parts. The Li2M(O3P-R-PO3) materials will be synthesized preferentially by the classical solvothermal method. Ionothermal or benzyl alcohol routes are planned as possible backup. Exhaustive characterizations (X-rays diffraction, elemental analysis, N2-sorption, electronic microscopy…) will be performed to correlate the influence of the R group on the structure and the electrochemical properties of the hybrid organic-inorganic materials. In situ characterization (Infra-Red, Raman, X-ray, and neutron diffraction) techniques available in our laboratory will be applied when needed to investigate the mechanisms of Li+ intercalation/deintercalation in the different hybrid materials. The synthesis of the needed phosphonate-silanes P-R-Si and disilanes Si-R-Si anionic precursors will be performed by the adaptation of an established recipe from the literature. The syntheses, purifications, characterizations, and electrochemical studies of the insertion materials based on the P-R-Si and the Si-R-Si anions will be done using the knowledge acquired in the first steps of the project from the Li2M(O3P-R-PO3) hybrid organic-inorganic reference materials.
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