Cenate - Centrifuge Nano Technology: Silisiumanoder til Li-ionebatterier

Dagens lithium ion batterier må få økt kapasitet for å muligjøre en større rolle i overgangen til mer fornybar strømproduksjon i energimiksen og blant annet lengre rekkevidde for elbiler. Dette kan oppnås ved å delvis erstatte karbon i anode delen av batteriet med silisium. De metodene som til nå har vist seg mest lovende for å oppnå dette har vært bruk av nanostrukturert silisium i form av nanotråder, nano-rør, nanokuler eller andre former for nanostrukturer. Problemet med bruken av denne typen nanostrukturer er at de er kostbare og tidkrevende å fremstille i laboratorier og de er derfor ikke gode kandidater for bruk i storskala kommersiell batteriproduksjon. I Dynatec reaktoren er det mulig å produsere nanostrukturert silisium i høy hastighet i en sentrifuge til en langt lavere kostnad enn andre metoder for produksjon av nanomaterialer. I Cenate prosjektet er det bygget en spesielt tilpasset prosess basert på Dynatec reaktoren og man har produsert nanostrukturert silisium og karbon kompositter og brukt de i lithium ione batterier. Man har i prosjektet laget batterier som har blitt testet og analysert med svært lovende resultater og teknologien blir videreutviklet i samarbeid med store internasjonale kunder.

I dagens Li-ionebatterier brukes det karbon i anoden. Bruk av silisium og komposittmaterialer av karbon og silisium kan øke kapasiteten til anode-delen av batteriet med opptil 10 ganger. Det er imidlertid en utfordring at silisium er sprøtt og knekker opp under opp og utladning. Ujevn oppsprekking fører til rask degradering av materialets evne til å ta opp litiumioner. Det finnes mye forskning som viser at nanostrukturer av silisium er i stand til å kombinere høy kapasitet med lang levetid. Bruk av nanostrukturer er også sentralt for å oppnå god nok transport av Li-ioner. Disse strukturene er imidlertid kostbare og tidkrevende å produsere. Dynatec reaktoren har i andre prosjekter vist at man kan øke veksthastigheten med opptil 40 ganger i forhold til andre metoder. Det er også vist at det er mulig å produsere nanstrukturert silisium i Dynatec reaktoren, selv om tidligere forskning har ikke hatt som målsetning å produsere denne typen materiale. Dette prosjektet går ut på å bygge om Dynatec-reaktoren for å ha mulighet til å produsere flere typer nanostrukturert silisium og kompositt-materialer av silisium og karbon til bruk for Li-ionebatterier. Selskapet Cenate har kjøpt rettighetene for å bruke Dynatec reaktoren til produksjon av disse materialene. Silisiumet skal produseres gjennom termisk dekomponering av monosilan og karbonet skal tilføres som fast stoff i form av carbon black, grafen, som væske i form av hydrokarboner og som gass i form av acetylen. Prosjektet er et samarbeidsprosjekt mellom Cenate, Dynatec Engineering, Institutt for Energiteknikk, Dynatec og Dynatec SMV.