Operando Screening of emerging Anodes for Na-based stationary storage of Renewable energy

Ambisjonen til OScAr prosjektet er å fasilitere for fremtidens kommersielle utvikling av natrium-ionbatterier (NIB) for stasjonær energilagring gjennom grunnleggende forståelse av en familie tinn-baserte anodematerialer i stand til å øke kapasiteten i eksisterende NIBer. Behovet for stasjonære energilagringsinstallasjoner er forventet å ha en eksponentiell vekst med en påfølgende etterspørsel av billige og effektive batteriløsninger. Litium-ionbatterier er den dominerende batteriteknologien i dagens marked, men deres sosiale og miljømessige utfordringer assosiert med deres masseproduksjon øker behovet for alternative løsninger. I tillegg til at materialene i NIB-er er rikelig tilgjengelig i jordskorpa så leverer material kombinasjonen en mer kostnyttig og bærekraftig løsning for stasjonær energilagring. OScAR vil arbeide mot utviklingen av tinn-baserte anoder grunnet tinn sine rikelige mengder i jordskorpa, ikke-giftige egenskaper og lave produksjonskostnader. Tinn-baserte anoder er foreslått å levere en vesentlig høyere kapasitet enn hardt karbon, som er det eneste materialet per i dag som demonstrert en industriell relevant prototype. Uavhengig så hindrer begrenset syklusstabilitet og forståelse mellom teoretisk og eksperimentell kapasitet at modne batteriteknologier baserer seg på slike materialer. OScAR vil utføre state-of-the-art komposisjonsscreening og operando studier ned til atomærskala av tinn-baserte anoder. Observasjoner av sanntidsutvikling av batterikomponenter med parallelle målinger av deres elektrokjemiske respons kan opplyse operando mekanismene av tinn-baserte anoder under opp- og utladningssyklus – en nødvendighet for fremtidens materialoptimalisering. Et mål for OScAR prosjektet er å demonstrere en praktisk fungerende tinn-basert NIB. Utviklingen av høy ytelses, kosteffektive og “brukervennlige” batterier kan fasilitere for utviklingen av fornybar energilagring, og minke utslipp av CO2 som er en stor bidragsyter for dagens klimaendringer.

As the need for stationary energy storage installations is expected to exponentially increase, the request for cheap and efficient battery solutions is evident. Currently, Li-ion batteries is the dominating battery technology but the environmental and social challenges associated with their mass production represent an urgent need for alternative solutions. Considering the anticipated volume of required stationary energy storage, the price, sustainability, and availability of materials become ever more important. Na-ion batteries (NIBs) have been recognized as the most promising solution. In addition to Na itself being abundant, the other key components of NIBs need to also rely on a materials' set, delivering a cheaper and more sustainable solution for stationary energy storage. Therefore, the goal of the OScAR project is to advance state-of-the-art NIBs and facilitate future commercial deployment, through the development of new anode materials, capable of delivering higher performance compared to the materials used today. Hard carbon is the only material that has been demonstrated in industrially relevant prototypes so far. Our project will focus on the development of more promising Sn-based anodes that -along with Sn being abundant, low-cost, and non-toxic- have been proposed to deliver a substantially higher capacity. However, lack of cycling stability and gaps between theoretical and experimental capacities are preventing these materials from becoming a mature battery technology. OScAR will conduct a comparative compositional screening of Sn oxides and chalcogenides (SnX) by employing state–of–the–art operando methods. A successful establishment of a composition-performance library will lead to the development of a practical SnX-based NIB. To reach this goal, an advanced multidisciplinary scheme will be followed in 3 directions: (1) fundamental materials science, (2) methodological expansion of operando methods, (3) demonstration of a full NIB with SnX-anode.