GRAPHERGIA - INNOVATIVE PILOT LINES FOR SUSTAINABLE GRAPHENE-BASED FLEXIBLE AND STRUCTURAL ENERGY HARVESTING AND STORAGE DEVICES

Id call: HORIZON-CL4-2022-DIGITAL-EMERGING-02 - 2D materials-based devices and systems for energy storage and/or harvesting 

Ruolo di Sapienza nel progetto: Other beneficiary

Responsabile scientifico per Sapienza: Tullio Scopigno

Dipartimento: Fisica
 

Data inizio progetto: 01/10/2023

Data fine progetto: 31/03/2027

Abstract del progetto:

GRAPHERGIA mira a sviluppare un nuovo approccio olistico basato sulla scienza, implementando nuove avanzate tecnologie per ottenere la sintesi, l'elaborazione, la funzionalizzazione e l'integrazione simultanea assistite da laser di materiali a base di grafene e nanocompositi di grafene, direttamente nei dispositivi rilevanti per la raccolta e l'immagazzinamento di energia. Questo porterà a una produzione scalabile, economica e neutrale per il clima di (i) e-tessuti con le specifiche funzioni di fornitura di energia indossabile e sensori strutturali autoalimentati e (ii) elettrodi di nuova generazione per batterie agli ioni di litio. Basato sulle attività attuali a livello TRL 3-4, il consorzio esplora nuove idee per l'ingegneria e l'integrazione di materiali bidimensionali a TRL 5 o superiore, stabilendo approcci versatili a livello pilota per questi due tipi di applicazioni. Le configurazioni degli e-tessuti basati su TENG saranno preparate per fabbricare architetture flessibili, progettate per convertire in modo sostenibile l'energia dall'ambiente in elettricità. Micro-supercondensatori solidi e flessibili incisi a laser saranno accoppiati ai TENG tramite circuiti innovativi di gestione dell'energia, funzionando come serbatoi di energia per fornire una ricarica senza batteria su richiesta a dispositivi e sensori indossabili. Tessuti energetici tutto-in-uno, auto-ricaricanti con sistemi elettronici integrati forniranno una tecnologia centrata sul corpo umano e un'interfaccia dell'utente all'IoT tramite trasmissione wireless dei segnali dei sensori. In parallelo, GRAPHERGIA definisce un approccio credibile di "elettrodo a secco" per fabbricare elettrodi di nuova generazione per batterie agli ioni di litio, aspirando a raggiungere gli obiettivi tecnici/economici del piano SET europeo 2030. La metodologia proposta sarà implementata mescolando tecnologie recentemente ideate e protette da IPR dei partner del consorzio. Per raggiungere questi obiettivi, sarà adottato un approccio combinato di materiali bidimensionali e orientato ai processi, basato su materie prime a basso costo e approcci di fabbricazione intrinsecamente scalabili per garantire una produzione economica e neutrale per il clima di dispositivi di raccolta e immagazzinamento di energia.

Contributo specifico di Sapienza nelle attività di progetto:

1. Applicazione di due metodologie operando, cioè la spettroscopia Raman con gate Kerr e la spettroscopia vibrazionale impulsiva tramite riflettività transiente, per sopprimere i segnali di fluorescenza. Questi studi forniranno una diagnosi unica e accurata dello stato di carica degli elettrodi, essenziale per migliorare la durata delle celle a Li+, nonché per il monitoraggio dell'invecchiamento della cella accedendo alla riserva di Li dell'elettrodo LIB in grafene.

2. Studio avanzato dei processi di non equilibrio del grafene e delle eterostrutture di grafene; dinamiche elettrone-fonone e trasferimento di energia; micro-spettroscopia Raman transiente; dinamiche ultraveloci nella materia condensata.