“InCoatBat” projekta ietvaros LU CFI Enerģijas materiālu laboratorijas pētniece aizvada praksi Slovēnijas Nacionālajā ķīmijas institūtā
Projekta “InCoatBat” ietvaros LU CFI Enerģijas materiālu laboratorijas pētniecei Līgai Maskovai bija iespēja praktizēties pie projekta partneriem, pasaules līmeņa speciālistiem elektroķīmiskās impedances spektroskopijas (EIS) jomā prof. Dr. Miran Gaberšček un Dr. Jože Moškon, Nacionālajā ķīmijas institūtā (NIC) Ļubļanā, Slovēnijā.
Par laiku NIC Līga stāsta: “Mana darba vieta atradās lielā telpā ar vēl vismaz 15 doktorantūras studentiem no dažādām valstīm, tai skaitā Slovēnijas, Itālijas, Serbijas, Indijas, Azerbaidžānas un Ukrainas. Gan aiz lielajiem kopīgās darba telpas, gan aiz plašās laboratorijas logiem pavērās skats uz iespaidīgām, iedvesmojošām sniegotām virsotnēm. Katru dienu laboratorijā mudžēja rosīgi studenti, kas man vienmēr bija gatavi laipni palīdzēt, apmācot vietējās elektrodu un bateriju pagatavošanas metodēs, un kuru pētījumus varēju iepazīt iknedēļas semināros. Neizpalika arī kontaktu dibināšana ar vietējiem un ārzemju studentiem un jaunajiem pērtniekiem gan pusdienu pauzēs, gan brīvdienās, dodoties ekskursijās pa Ļubļanu un ārpus tās.”
Sešu mēnešu laikā (no 2024. gada oktobra līdz 2025. gada martam) NIC Ļubļanā Līga Maskova apguva EIS mērījumu veikšanas pamatnosacījumus un to uzstādīšanu. Vairāku, stundām ilgu, izzinošu sarunu laikā ar Dr. Moškon mērījumu telpā, kur apkārt dūca vairāki bateriju testeri, Līga guva ieskatu EIS metodes pielietojumos baterijās un paplašināja zināšanas arī citās, ar bateriju pētniecību saistītās jomās. Pielietojot gūtās zināšanas praksē, LU CFI jaunā zinātniece NIC veica EIS mērījumus LU CFI pārklāta materiāla elektrodu šūnām, izmantojot Biologic bateriju testeri, kāds pieejams arī LU CFI, tādēļ NIC izstrādāto mērījumu procedūru Līga var veiksmīgi izmantot visa veida materiālu raksturošanai bateriju šūnās arī LU CFI.
Neskaitot EIS pamatu apguvi, NIC Līga Maskova praktizējās arī 3 elektrodu maisiņa tipa šūnu (pouch cells) salikšanā. Šāda tipa šūnas tuvākajā laikā plānots pagatavot arī LU CFI, jo tajās iespējama daudz detalizētāka elektrodu materiālu raksturošana, nekā šobrīd pārsvarā izmantotajās monētas tipa šūnās (coin cells). 3 elektrodu konfigurācijas maisiņa tipa šūnām NIC viņa veica arī EIS mērījumus, kuru laikā apguva zelta references elektroda litiēšanu un tā izmantošanu mērījumos, kā arī priekšrocības, ko dod tā izmantošana, detalizētā mērījumu pēcapstrādē.
Ārpus institūta dzīves Ļubļanā, Līga pievienojās arī starptautiskam korim “LIVE”, kurā sadraudzējās ar Slovēnijā dzīvojošiem cilvēkiem no Brazīlijas, Kubas, Japānas, Austrālijas un citviet, kuriem Slovēnija ir kļuvusi par otrajām mājām. Savu ikdienu jaunā pētniece papildināja arī ar grupu bolderinga nodarbībām un aktīvām ikdienas pastaigām uz Ļubļanas pauguru virsotnēm, no kurām paveras skaists skats gan uz pilsētu, gan uz tālo Triglav nacionālo parku ar Slovēnijas augstāko virsotni Triglav (2864 m).
Par prakses laiku Slovēnijā Līga saka: “Seši mēneši Slovēnijā, NIC, ne tikai veidoja fundamentu manām zināšanām EIS jomā un maisiņa tipa šūnu pagatavošanā, bet arī piepildīja mani ar jaunu iedvesmu un degsmi turpināt pētījumus “InCoatBat” projektā, apvienojot Latvijā veiktos pārklājumu pētījumus ar jaunajām zināšanām, ko ieguvu Slovēnijā. Paldies “InCoatBat” projektam un partneriem NIC, kas veltīja laiku manu zināšanu pilnveidei un atbalstīja mani šajā vērtīgajā pieredzē!”
InCoatBat project advances lithium-ion battery technology with an innovative coating method
The InCoatBat project continues to pave the way for advancements in lithium-ion battery technology with the recent publication “Wet-Chemical Synthesis of a Protective Coating on NCM111 Cathode: The Quantified Effects of Washing, Sintering and Coating” in an open-access scientific journal “Journal of the Electrochemical Society.” The article is co-authored by Līga Maskova and Gints Kučinskis (Energy Materials Laboratory (Institute of Solid State Physics, University of Latvia (ISSP UL), Reinis Ignatāns (Microscopy Laboratory, ISSP UL), Anatolijs Šarakovskis (Spectroscopy Laboratory, ISSP UL), Arturs Vīksna (University of Latvia), Māris Knite (Riga Technical University).
This study, supported by the M-Era.net project InCoatBat, focuses on a sustainable wet-chemical method to enhance the performance of NCM111 cathode materials. The research team investigated the application of an aluminum oxide (Al2O3) coating on NCM111, aiming to improve the cycling stability of lithium-ion batteries. Through a detailed analysis of various treatment steps—including washing, sintering, and coating—the study quantified their individual contributions to enhancing performance.
The results were promising, revealing that the Al2O3-coated NCM111 maintained an impressive 88% of its initial capacity after 500 charge-discharge cycles. This significant improvement is attributed to the protective coating's ability to inhibit adverse reactions with the electrolyte and scavenge hydrofluoric acid (HF) generated during cell operation.
A key finding of the study is the critical importance of establishing a proper baseline for characterizing coated materials. The research demonstrated that simply washing and sintering the cathode material could not replace the benefits derived from the protective coating. The coated NCM111 consistently outperformed both untreated and merely treated samples in terms of capacity retention, showcasing the efficacy of the coating method in combating surface-based degradation and boosting battery performance.
This research not only highlights the vital role of the coating process in extending the cycle life of NCM cathodes—especially those with higher nickel content—but also offers valuable insights into improving the overall electrochemical performance of cathode materials.
As the InCoatBat project progresses, this innovative approach to coating NCM111 cathodes marks a significant step towards enhancing the longevity and efficiency of lithium-ion batteries, contributing to the ongoing pursuit of sustainable energy solutions.
“NordBatt 2024” konferencē tiek prezentēti pirmie “InCoatBat” projekta rezultāti
No 24. līdz 27. septembrim Oslo norisinājās 6. starptautiskā “NordBatt 2024” konference, kurā ar ielūgto referātu “Enhancing NCM111 Cathode Performance with Sustainable Al2O3 Coating via Ethanol-Based Wet-Chemical Synthesis” uzstājās un ar projekta “InCoatBat” pirmajiem rezultātiem iepazīstināja projekta koordinators, LU CFI Enerģijas materiālu laboratorijas vadītājs un vadošais pētnieks Dr. phys. Gints Kučinskis.
Prezentētā pētījuma temats bija litija jonu akumulatoru NCM (LiNixCoyMn1-x-yO2) katodmateriālu dzīvildzes uzlabošana. Pētījuma gaitā tika izstrādāta ilgtspējīga metode NCM111 katodu pārkāšanai ar plānu Al2O3 slāni, kas kalpo kā aizsargpārklājums tā novecošanās mazināšanai. Rezultāti parādīja, ka Al2O3 pārklājums ievērojami uzlaboja akumulatora darbības laiku: pēc 500 uzlādes-izlādes cikliem saglabājās 88 % no sākotnējās jaudas. Šī videi draudzīgā metode nākotnē varētu ievērojami paildzināt NCM katodu kalpošanas laiku litija jonu akumulatoros, kā arī uzlabot šo akumulatoru vispārējo veiktspēju.
Konferencē “InCoatBat” projekta koordinators ne vien prezentēja pētījuma rezultātus, kas sniedz nozīmīgu ieguldījumu ilgtspējīgu akumulatoru tehnoloģiju attīstībā, bet arī piedalījās vairākās nozīmīgās diskusijās veicinot sadarbību starp pētniekiem un industrijas pārstāvjiem.
“NordBatt” ir reģionāla Ziemeļvalstu konference, kurā tiek prezentēti jaunākie bateriju un akumulatoru pētījumi. Konferencē piedalījās vairāk nekā 200 zinātnieku un studentu no vadošajām Ziemeļvalstu universitātēm, pētniecības institūtiem un industrijas.
Tiešsaistē uzsākts “InCoatBat” projekts, kas apvieno globālus partnerus inovatīvu akumulatoru pārklājumu radīšanai
25. jūlijā tiešsaistē notika “InCoatBat” projekta (Inert Coatings for Prevention of Ageing of NMC Cathode for Lithium-Ion Batteries) uzsākšanas pasākums. Tikšanos organizēja projekta koordinators, Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts (LU CFI). Projekta konsorciju veido četri partneri no trim valstīm: Latvijas - LU CFI,Taivānas - Taivānas Nacionālā universitāte un Vācijas - Bādenes-Virtembergas Saules enerģijas un ūdeņraža pētniecības centrs un “VARTA Microbattery GmbH”. Sanāksmes mērķis bija iepazīt sadarbības partnerus, apmainīties ar idejām, dalīties pieredzē, lai veiksmīgi liktu pamatus inovatīva litija jonu akumulatoru pārklājuma izveidei.
Konsorcija partneri projekta uzsākšanas sanāksmē apsprieda projekta darba pakas un atbildības sfēras, kā arī detaļas, kas vērstas uz konkrētiem pētniecības aspektiem. Projekta gaitā akadēmisko partneru uzdevumi saistīsies ar materiālu sintēzi un raksturošanu, fundamentālo elektroķīmisko izpratni un progresīvu strukturālo analīzi. Savukārt “InCoatBat” konsorcija partneri, kas pārstāv industriju, sniegs savas zināšanas liela mēroga ražošanā un akumulatoru elementu izgatavošanā. Tiešsaistes tikšanās nodrošināja unikālu platformu, lai iepazītos un veicinātu dziļāku izpratni par dažādajām prasmēm un perspektīvām, ko katrs no partneriem piedāvā.
Tikšanās laikā tika apspriestas ne vien projekta īstenošanas teorētiskie, bet arī praktiskie sadarbības aspekti. Partneri izrunāja sadarbības nianses, lai veidotu stabilu pamatu kopīgam darbam un projekta īstenošanai nākotnē. Projekta uzsākšanas tikšanās veicināja arī katras iesaistītās puses nosprausto projekta mērķu saskaņošanu ar partneriem, kuru daudzveidīgās un savstarpēji papildinošās zināšanas un prasmes nodrošina visaptverošu un stratēģisku pieeju “InCoatBat” veiksmīgai realizēšanai.
LU CFI Enerģijas materiālu laboratorijā sāk īstenot “InCoatBat” projektu
Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts (LU CFI) sadarbībā ar Taivānas Nacionālo universitāti (Taivāna), Bādenes Virtembergas Saules enerģijas un ūdeņraža pētniecības centru (Vācija) un “VARTA Microbattery GmbH” (Vācija) ir sācis realizēt M-ERA.NET projektu “InCoatBat”, kura laikā tiks izstrādāti novatoriski virsmas pārklājumi litija jonu baterijām, lai ievērojami pagarinātu LiNi0.83MnxCo0.17-xO2 (NMC Ni83) katoda kalpošanas laiku litija jonu akumulatoros (LIB), pamatojoties uz dziļu, kvantitatīvu izpratni par elektrodu novecošanas pamatā esošajām fizikālajām un elektroķīmiskajām parādībām un to mazināšanu.
Mūsdienīgu akumulatoru attīstībā arvien vairāk tiek izmantoti NMC materiāli ar augstu Ni saturu, piemēram, NMC Ni83. Tomēr šādu akumulatoru paaugstinātais enerģijas blīvums ir saistīts ar zemāku cikla ilgumu. Uzsāktā inovatīvā projekta mērķis ir risināt problēmas, kas saistītas ar litija jonu akumulatoru katodu priekšlaicīgu noārdīšanos: tiks izstrādāti aizsargājoši virsmas pārklājumi, ņemot talkā viegli mērogojamas ķīmiskas un magnetronu izsmidzināšanas metodes. Konsorcijs, kuru veido gan akadēmiskas iestādes, gan attiecīgās nozares pārstāvji, iecerēto inovāciju virzīs no fundamentālās pētniecības uz izmēģinājuma mērogu, demonstrējot pilnvērtīgus augstas enerģijas litija jonu akumulatoru elementus ar uzlabotu kalpošanas laiku.
“Esam gandarīti par iespēju vadīt “InCoatBat” projektu, kas sola būtiskus sasniegumus litija jonu akumulatoru jomā,” saka LU CFI Enerģijas materiālu laboratorijas vadītājs un projekta koordinators Dr. phys. Gints Kučinskis. “Izstrādājot inovatīvus aizsargpārklājumus, mūsu mērķis ir radīt augstas enerģijas litija jonu akumulatoru materiālus ar ilgāku cikla ilgumu, veicinot ilgtspējīgāku resursu un enerģijas izmantošanu.”