Silicon product control for better Li-ion batteries

Batteriteknologi blir stadig viktigere og får en større og større plass i vårt energisystem. Fra lommelykter, PCer og mobiltelefoner, til elbiler og snart vil også hus og bygninger mange steder i verden ha sitt eget batteri for lagring av miljøvennlig fornybar strøm. I et fremtidig samfunn uten fossil energi trenger vi mye mer batterier for å ha nok fleksibilitet i energiforsyningen. Den eksplosive økningen i bruken av batterier gir rom for mer teknologiutvikling og innovasjon. I dette prosjektet forsker vi på hvordan vi kan lage bedre ladbare batterier. IFEs batterisatsing fokuserer på utvikling av silisium som materiale i den negative elektroden i Li-ionebatterier. Silisium kan nemlig lagre opptil ti ganger så mye strøm som det materialet som brukes i den negative elektroden i dag - grafitt. Batteriforskere er enige om at silisium vil være en del av fremtidens batterier, og noen produsenter har allerede begynt å bruke et par prosent silisium blandet med grafittelektroden. Problemet med silisium, er at det er så effektivt til å ta opp litiumioner at de små silisiumpartiklene blåser seg opp som en ballong. Det gjør at partiklene med silisium blir utsatt for et enormt mekanisk stress som til slutt bryter dem ned, og batteriet mister ganske raskt den gode kapasiteten. Men bedre forståelse kan vi løse problemene: I dette prosjektet har vi utviklet metoder for å forstå akkurat hva som skjer med silisumpartiklene. Siden IFE har sin egen produksjonsteknologi for silisiumpartikler, har vi også spesialprodusert partikler som har latt oss gjøre eksperimenter som lar oss fokusere på bestemte prosesser og degraderingsmekanismer. Prosjektet har ført til en økt forståelse av hvordan silisiumpartikler oppfører seg i batterier og hvordan man kan konstruere optimale partikler. Gruppen har også knyttet til seg flere viktige internasjonale samarbeidspartnere gjennom prosjektet.

-

Silicon can greatly enhance the energy storage capacity in Li-ion batteries. But how do we make the needed silicon materials in the most efficient way? What is the ideal material like, how does it react to further processing, how does it change during cycling, and how can we find a balance between efficient, cheap production and high durability? These are the questions to be answered by this project: Siproco Fobeliba. The project is cross-disciplinary: Combining competence from three different departments at Institute for Energy Technology, we will be able to investigate and tailor the silicon materials from the production stage to electrode preparation and cycling. In the production process and during final operation, we will make use of advanced material characterization methods available only at IFE in Norway to better understand how the silicon material behaves during the different steps. This information will provide input to tailor the production process for the best particles with regards to battery performance and production efficiency.