DARPA, nuovi materiali di interfaccia elettrochimica per batterie e rivestimenti resistenti alla corrosione

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La DARPA ha selezionato sei team di ricercatori dell’industria e dell’università per il programma Morphogenic Interfaces (MINT). 

MINT mira a migliorare le prestazioni e la persistenza di batterie, rivestimenti anticorrosione ed altri sistemi elettrochimici che alimentano e proteggono hardware e piattaforme critiche del Dipartimento della Difesa.

I team svilupperanno nuove interfacce elettrochimiche solido-solido per batterie allo stato solido e interfacce solido-liquido per rivestimenti resistenti alla corrosione. L’ispirazione per perseguire nuove interfacce elettrochimiche adattive deriva dalla biologia e dal concetto di morfogenesi, che cattura la fisica dietro il modo in cui cellule e tessuti prendono forma.

“Le attuali batterie allo stato solido che hanno un’elevata densità di energia hanno cicli di carica/ricarica limitati ed gli attuali rivestimenti resistenti alla corrosione richiedono una manutenzione frequente in ambienti con prestazioni aggressive”, ha affermato Vishnu Sundaresan, responsabile del programma MINT presso l’Ufficio per le scienze della difesa della DARPA. “Il cedimento prematuro in questi sistemi è dovuto alla formazione di difetti strutturali come i vuoti alle interfacce tra due materiali. I team che abbiamo selezionato svilupperanno e dimostreranno nuovi materiali di interfaccia morfogenici per consentire batterie a stato solido di lunga durata ed ad alte prestazioni che alimentano qualsiasi cosa, dai pacchi batteria dei caccia ai veicoli aerei e terrestri senza pilota, oltre a fornire rivestimenti resistenti alla corrosione a bassa manutenzione per le risorse marittime critiche dispiegate in ambienti difficili”.

I seguenti gruppi di ricerca sono sotto contratto per perseguire una varietà di approcci all’interno delle due aree di interesse del programma:

Interfacce di trasferimento di carica solida/solida per batterie allo stato solido

  • GE Research, in collaborazione con l’Università del Michigan, l’Università della California Santa Barbara e Storagenergy, svilupperà un modello di rete neurale profonda integrabile multi-scala per progettare un materiale di interfaccia di trasferimento di carica solido/solido intermetallico per migliorare le prestazioni del solido agli ioni di litio -batterie di stato (Li-SSB).
  • La Carnegie Mellon University, in collaborazione con MIT, Harvard University, Argonne National Laboratory, 24M Technologies e QuantumScape, svilupperà un modello “end-to-end” per batterie allo stato solido utilizzando la fisica differenziabile per scoprire nuovi materiali solidi morbidi e dimostrarne l’applicazione in Li -SSB.
  • L’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, in collaborazione con l’Università del Michigan, la Purdue University, l’Università di Princeton, il Caltech, la Georgia Tech e la Xerion Advanced Battery Corp., svilupperà un modello chimico-meccanico di interfacce solido/solido utilizzando atomistica, dinamica molecolare e continuum modelli ed utilizzare queste conoscenze per progettare e fabbricare Li-SSB contenenti nuovi materiali di interfaccia.

Interfacce solido/liquido e solido/vapore per rivestimenti resistenti alla corrosione

  • La Johns Hopkins University, in collaborazione con la Northwestern University e la Northrop Grumman Corporation, svilupperà modelli termodinamici, quantistici e dinamici per esplorare i rivestimenti auto-organizzati in titanio-cromo (Ti-Cr) con una microstruttura gerarchica che offre resistenza alla rottura e alla corrosione.
  • L’Università della Virginia, in collaborazione con la Saint Louis University e la Florida State University, svilupperà la progettazione e il controllo basati sulla fisica delle interfacce materiale-ambiente per progettare trattamenti superficiali anticorrosione che estendano la vita a fatica di alluminio-magnesio (Al-Mg) e magnesio-alluminio leghe (Mg-Al).
  • GE Research, in collaborazione con l’Università della Virginia, DNV GL USA e la Brigham Young University, esplorerà la progettazione di rivestimenti in lega ad alta entropia tramite modelli atomici, elettrochimici e apprendimento automatico basato sulla fisica che utilizzano la corrosione controllata dei trattamenti superficiali per formare una barriera protettiva film.

La sfida iniziale del programma in entrambe le aree di interesse durante la Fase I sarà modellare i processi interfacciali (ad esempio, affrontare le irregolarità microscopiche che degradano le prestazioni che si formano alle interfacce dei materiali elettrochimici), progettare e scoprire interfacce morfogeniche e dimostrare i miglioramenti delle prestazioni per l’interfaccia morfogenica in una batteria allo stato solido e per l’attenuazione della corrosione delle leghe strutturali. Nella fase 2, i team miglioreranno i loro modelli per aumentare la precisione e migliorare le prestazioni dei materiali di interfaccia nelle batterie e la protezione dalla corrosione.

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