Back to search

ENERGIX-Stort program energi

COULOMBUS: Silisiumanoder med høy Coulombisk effektivitet for neste generasjon Li-ion-batterier

Alternative title: COULOMBUS: Silicon-based anodes with high Coulombic Efficiency for next generation Lithium-ion batteries

Awarded: NOK 15.0 mill.

Project Manager:

Project Number:

332287

Project Period:

2022 - 2023

Funding received from:

Organisation:

Location:

Cenate A/S produces silicon-based anode materials for Li-ion batteries. Using CVD processes, we transform silane gas into silicon nanoparticles, and then we pack the nanoparticles into larger agglomerated particles suited for use in the batteries. In a Li-ion battery, lithium moves from the oxygen-rich cathode to the anode during charging, and goes back to the cathode during discharging. Some of the lithium is lost on the way - it becomes trapped in the anode material, or combine with degraded electrolyte in surface layers forming on the anode particles. The amount of lithium lost is measured as an electric charge, with the unit 'Coulomb', and the loss of lithium is therefore termed a low 'Coulombic Efficiency'. In the Coulombus project, Cenate will work to dramatically improve the Columbic efficiency of our materials. This can be done by reducing the surface area (controlling agglomerate sizes and surface roughness) and by changing the defects in the materials making up the agglomerates. Cenate will work together with the Dynatec group, a leading Norwegian process equipment developer, and with the research institutes SINTEF (material characterization) and IFE (electrochemical characterization). We also work closely with different vendors of the possible building blocks that could make up the 'glue' and 'skin' og our agglomerate particles - the layers that protect our silicon from destructive interactions with the electrolyte in the battery. Our goal is to produce anode materials that can be direct drop-in alternatives to the graphite used in batteries today, enabling an up to 30% improvement in the energy density of Li-ion batteries. Cenate powders will ultimately be tested by leading international battery producers. We only test solutions we think can be rapidly upscaled to a full scale battery industry.

Coulombisk Effektivitet (CE) er målet på hvor mye av Litiumet i et Li-ion-batteri som kommer tilbake til start etter hver ladesyklus. Litiumet starter i katoden, normalt et NMC-materiale, og overføres under lading til anoden, som i de fleste el-bil-batterier er av grafitt. Alt litium som går tapt på overflaten i anodematerialet eller i defekter inne i anodematerialet, gir dermed en reduksjon i CE, som ofte må kompenseres med mer av det dyre katodematerialet. Silisium kan lagre 10 ganger så mye litium som samme vekt grafitt. Cenate AS lager i dag nano-silisium som testes hos verdens fremste batteriprodusenter, og som ser ut til å ha verdensledende egenskaper i form av størrelsesfordeling, syklingsstabilitet, kapasitet og kostnadsmål. Disse produsentene pakker inn Cenates materialer i agglomerater bl.a. for å redusere kontaktarealet mellom silisium og elektrolytt. Kun et fåtall bedrifter er i dag i stand til å håndtere slike materialer, og agglomeratene har fortsatt begrensninger som gjør at mengden silisium som kan brukes i hvert batteri er <10%. Cenate ønsker derfor å utvikle egne agglomerater, både for å tillate en høyere silisiumandel på grunn av et forbedret produkt, og for å nå større kundegrupper. I Coulombus-prosjektet vil Cenate utvikle agglomerater med akseptabelt lave Li-tap. Agglomeratene vil i hovedsak bestå av silisiumpulver og ulike former for karbon. I karbondelen vil det være viktig å kombinere elektrisk ledningsevne, litiumledningsevne og lavt antall litiumfeller. Cenate har identifisert to ulike spor, et kortsiktig med høyere sannsynlighet for suksess, og et mer ambisiøst, men også mer risikofylt. Ved hjelp av avansert materialkarakterisering på SINTEF (XPS, TEM, ++), og batteritesting hos IFE, vil Cenate, i samarbeid med Dynatec som utstyrsutviklere og et utvalg materialprodusenter som karbon-leverandører, utvikle materialer som på sikt skal kunne forbedre dagens el-bilbatterier med inntil 30% på vektbasis samtidig som de også blir billigere.

Activity:

ENERGIX-Stort program energi