DOVRE Den Optimale Veien til Robuste Elektroder

Dagens lithiumion-batterier må få økt kapasitet for å kunne øke rekkevidden til elbiler og andre transportmidler, samt muliggjøre en større rolle i overgangen til mer fornybar strømproduksjon i energimiksen. Et svært viktig bidrag til denne kapasitetsøkningen 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, nanorør eller andre former for nanostrukturer. Problemet med bruken av denne typen nanostrukturer er at de er kostbare og tidkrevende å fremstille i laboratorier og at de derfor ikke er gode kandidater for bruk i storskala kommersiell batteriproduksjon. I DOVRE-prosjektet har Cenate i samarbeid med Dynatec utviklet en ny høyvolum produksjonsprosess og delvis nye nanostrukturerte silisiumkompositter til bruk i lithiumion-batterier. Pulverproduksjon, karakterisering og celletesting har foregått i samarbeid med IFE og SINTEF i Norge, samt MEET i Tyskland. Pulveret har vekket positiv interesse hos en Tier-1 batteriprodusent, og testes nå for å ta beslutninger om eventuell oppskalering. Gjennom flere runder med utprøving, og stadig mer presise bestillinger, har kunden og Cenate i samarbeid kommet frem til et produktspesifikasjon, og Cenate har deretter lykkes med å produsere R&D-volumer av dette produktet. Dersom produktet passerer de neste milepælene i kvalifiseringsløpet, vil det tas en investeringsbeslutning for en ny fabrikk med kapasitet inntil 1000 tonn/år i Q1 2021, med produksjon fra 2022. Kunden indikerer at Cenates materialer kunne øke kapasiteten til dagens lithiumion-batterier vesentlig, og at Cenates kostnadsmål vil tillate en reduksjon av pris per kWh fra et tall som i dag er nær markedsledende. Volumene som er skissert vil tilsvare en batteriproduksjon på over 9GWh/år. Det har vært et svært tett og godt samarbeid mellom Cenate og forskningspartnerne som inngår i prosjektet, samarbeidet videreføres i det nye prosjektet HAST frem mot 2022. Da blir målet å utvide antall kunder som kan være i stand til å nyttiggjøre seg vårt pulver. I dag kan bare de aller beste utnytte et så krevende og lovende produkt - det blir Cenates jobb å la resten av markedet få tilgang til kompetanse som gjør at de også kan utvikle løsninger som blir minst like gode som den som nå testes.

To nye generasjoner reaktorer, to nye generasjon coatere, ny gassinfrastruktur og nye muligheter for etterbehandling har økt Cenates kapabiliteter betydelig. Cenate har klart å produsere en serie ulike materialer. Cenate har også utviklet ny forståelse for kinetikk og degraderingsmekanismer og for hvordan komposittpartikler og ulike komposisjoner og coatinger endrer disse mekanismene. Cenate har spesielt utviklet et pulver som anses kommersielt interessant for en Tier1-produsent, og som antas å være nær unikt i verden. Dersom videre milepæler passeres kan prosjektet resultere i bygging av en Cenate fabrikk innen 2022, stor nok til ~10 GWh batterier, over 100.000 elbiler i året, med reaktorer levert av Dynatec. Pulveret vil kunne øke energitettheten i batteriene med 5-30% avhengig av innblanding. Samtidig vil det tillate en ny reduksjon i batteriprisen, og dermed også gi markedsvekst i elbilmarkedet. Hvor store CO2-utslipp dette kan føre til er usikkert, men det monner garantert!

En god elbil må ha batterier til å komme seg til Dovre, og de bør vare ... til Dovre faller. Selskapet Cenate eier rettighetene for å bruke Dynatecs sentrifugereaktor til produksjon av materialer til energilagring. Det er tidligere demonstrert at reaktoren kan brukes til å produsere silisiumbaserte nanopartikler, som har blitt syklet moderat over 2600 ganger i halvceller. For at materialet skal kunne brukes i kommersielle fullcelle-batterier, må det videreutvikles til å bli mer robust og tilpasses. Det må også utvikles flere måter å kontrollere bulk og overflatekjemi for å kunne være kompatibelt med ulike batteriløsninger. Cenate er oppdragsgiver for prosjektet. Dynatec Engineering, Institutt for Energiteknikk og Sintef er sentrale underleverandører av FoU-tjenester.