Logo: to the web site of Uppsala University

uu.sePublications from Uppsala University
EnglishSvenskaNorsk
Change search
ExportLink to record
Permanent link

Direct link
BETA

Project

Project type/Form of grant
Project grant
Title [sv]
Aktiv eller passiv? Kerampartiklarnas roll för jonledning i kompositelektrolyter
Title [en]
Active or passive? The role of ceramic particles in polymer composite electrolytes
Abstract [sv]
Parallellt med att mer och mer litium-jonbatterier används i elfordon så pågår en utveckling av framtidens batterier. En mycket löftesrik kategori är de så kallade fastfasbatterierna, som har högre säkerhet och bättre energilagringsförmåga än Li-jonbatterier. I fastfasbatterier är de brandfarliga elektrolyterna – vilka leder upplösta salter, dvs joner – utbytta mot elektrolyter i fast fas, antingen jonledande keramer eller polymerer. Både kategorierna har dock sina problem, vilket gör att en kombination där små partiklar av keramer blandas in i polymererna är en framkomlig väg. Dock är det oklart hur jonerna faktiskt transporteras i dessa komplexa material: om det är främst genom keramerna eller genom polymeren, och vad som kontrollerar dessa processer.Det har visat sig att motsvarande effekt med förhöjd jonledning ibland kan fås med keramiska partiklar som inte alls själva kan leda joner. Istället verkar det vara längs partiklarnas yta som mycket av jonerna transporteras. Det är alltså inte nödvändigt att partiklarna är aktiva, utan de kan väl vara passiva. Ytterligare ett framsteg har nyss gjorts, där det visat sig att om de passiva partiklarna innehåller litium, så bidrar detta till att höja ledningsförmågan för litium i polymeren avsevärt. Detta öppnar upp för att billigare och mer miljövänliga material kan användas, t ex naturliga litiuminnehållande mineraler.Detta forskningsprojekt syftar till att förstå hur denna effekt kan uppstå: hur rör sig jonerna genom materialen, och vilka egenskaper hos partiklarna och polymererna är det som är avgörande för att få snabb jontransport? För att besvara dessa frågor måste en bred kategori material undersökas med både passiva och aktiva keramiska partiklar, och i olika typer av jonledande polymerer. Dessutom skall motsvarande passiva partiklar med och utan litium undersökas. Slutligen måste en rad studier göras som klarlägger hur jonerna ordnar sig i systemet, samt vilka litiumjoner som faktiskt rör sig i materialen.
Abstract [en]
There exist two main electrolyte categories for solid-state batteries, based either on ion-conductive ceramic or polymeric materials. Due to their respective short-comings, composites between these materials are often being promoted to create functional systems, and often can improved properties be seen in systems which comprise polymer electrolytes with active ceramic fillers. However, the mechanism of ionic conduction is elusive, and it remains unclear how the fillers contribute to increased conductivity; i.e., if they contribute by their bulk conductivity. Traditionally, passive (non-conductive) fillers have also been incorporated in polymer electrolytes, and similar positive effects have been observed. It is often speculated that new ionic transport pathways are created at the interface between the two materials. Recently, my team has explored passive Li-containing fillers in Li-conductive polymer electrolytes, where upon exceptionally high Li-ion conductivity has been observed. The ambition of this project is to explore this further by a larger materials platform, systematic comparison between different types of fillers – active and passive – in the electrolytes, and by a range of advanced characterization methods and computational techniques, whose combination is new for this category of materials. Thereby, not only will improved electrolyte systems be constructed, but main insights achieved on what controls ionic transport in these complex systems.      
Publications (1 of 1) Show all publications
Elbouazzaoui, K., Hall, C. A., Edström, K., Mindemark, J. & Brandell, D. (2025). Polycarbonate-based solid-state sodium batteries with inclusion of NaAlO2 microparticle additives. Journal of Materials Chemistry A, 13(35), 29101-29108
Open this publication in new window or tab >>Polycarbonate-based solid-state sodium batteries with inclusion of NaAlO2 microparticle additives
Show others...
2025 (English)In: Journal of Materials Chemistry A, ISSN 2050-7488, E-ISSN 2050-7496, Vol. 13, no 35, p. 29101-29108Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

While polymer-based solid-state sodium batteries promise both safe operation and utilization of sustainable materials, they are held back by the insufficient ionic conductivity of the involved solid polymer electrolytes (SPEs). In this study, the conductivity and cation transference number are significantly improved through the construction of a composite polymer electrolyte (CPE) system based on poly(trimethylene carbonate) (PTMC) with sodium bis(trifluorosulfonylimide) (NaTFSI), combined with NaAlO2 (NAO) ceramic filler at loadings ranging from 10 to 40 wt%. The NAO-based CPEs show the highest conductivity at 20 wt% NAO, with a Na+ transference number of ∼0.9 at 60 °C also being obtained for the same material, which is notably higher than that for the NAO-free SPE. Solid-state batteries composed of a Prussian white cathode and a Na metal anode and employing these CPEs reach a cycling performance of ∼100–150 mA h g−1 at C/10 and 55 °C for more than 200 cycles without additives or plasticizers, thus opening the door to the potential exploration of CPEs for Na-based battery chemistries.
Place, publisher, year, edition, pages
Royal Society of Chemistry, 2025
National Category
Materials Chemistry
Identifiers
urn:nbn:se:uu:diva-574697 (URN)10.1039/d5ta03403e (DOI)001546201100001 ()
Available from: 2026-01-07 Created: 2026-01-07 Last updated: 2026-01-07Bibliographically approved
Månsson, Martin
Principal InvestigatorBrandell, Daniel
Mindemark, Jonas
Coordinating organisation
Uppsala University
Funder
Period
2025-01-01 － 2028-12-31
Identifiers
DiVA, id: project:9199Project, id: 2024-05180_VR

Search in DiVA

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
v. 2.49.0
|
WCAG
|
Uppsala University Library
|
Ask the Library
|
Log in to DiVA
|
Search and link in DiVA