Tilbake til søkeresultatene

ENERGIX-Stort program energi

Hurtigladbare Anoder av Silisium for Transport

Alternativ tittel: High rate Anodes of Silicon for Transportation

Tildelt: kr 22,3 mill.

Prosjektleder:

Prosjektnummer:

309621

Søknadstype:

Prosjektperiode:

2020 - 2022

Midlene er mottatt fra:

Organisasjon:

Geografi:

HAST-prosjektet skal jobbe med å lage et nytt anodemateriale for litium-ion-batterier. Batterier har en anode og en katode. Litium-ioner går frem og tilbake mellom de to. Litium vil helst være på katode-siden. Når man lader batteriet tvinges litium over til anoden. Når spenningen synker igjen, går litiumet tilbake til katoden, og frigjør derved energi. Den høyeste energitettheten får man ved å la litiumet være rent Litium-metall på anoden. Problemet er at det er vanskelig å kontrollere hvor metallet dannes, og man kan få kortslutninger inni batteriet, med risiko for brann. Silisium kan holde styr på veldig mye litium ? med veldig lite dødvekt sammenliknet den grafitten som brukes til samme jobb i dag. Vår hovedoppgave er å beskytte silisiumet så det overlever gjennom mange ladesykler. For å få litium raskt inn og ut av silisiumet, er det viktig at partiklene er små. Samtidig vil vi ha minst mulig overflate ut mot elektrolytten, fordi det er der degraderingen er sterkest. Løsningen blir derfor å lage mange små (<100 nm) primærpartikler, og pakke dem til større komposittpartikler (>1µm). Når vi har vist i egen lab at partiklene våre kan overleve så lenge som bransjen krever, blir de testet hos verdensledende batteriprodusenter med sikte på masseproduksjon. Primærpartiklene lages ved å varme silangass, i vår egenutviklede reaktor, i IFEs silanlaboratorium. Gjennom simuleringer og eksperimenter utvikler vi både hardware og prosessparametere, og lager empiriske modeller for reaksjonene. Deretter blander vi primærpartiklene med et bindemiddel som beskytter partiklene fra hverandre og fra elektrolytten, og lager komposittpartikler. Her arbeider vi mye både med valg av bindemiddel, og hva som er den beste måten å lage komposittpartiklene. Til slutt undersøker vi, i samarbeid med SINTEF og IFEs batterilab, fysiske og kjemiske egenskaper ved partiklene før og etter bruk, for å se etter forklaring på hvorfor et pulver fungerer bedre enn et annet.

HAST beskriver både bilistens ønske om hurtig lading av nok strøm, verdens behov for raske løsninger for nullutslipp i transport, og hvordan Norge må skynde seg om vi skal ta del i verdikjedene i fremtidens enorme marked for Li-ion-batterier. Et batteri består av en ende hvor litium trives - katoden - og en der det ikke trives - anoden. I dagens kommersielle batterier er det grafitt som utgjør anoden. Ved å erstatte grafitten med silisium, er det mulig å redusere batterivekten med inntil 30%. Silisium er imidlertid svært vanskelig å få til å tåle mange ladesykluser, da det både ekspanderer under lading, flytter på seg og gjør elektrolytten ustabil der den møter silisium. Løsningene for silisiumanoder i batterier bygges som en bro - ved at silisiumprodusenter bygger fra sin ende, mens batteriprodusentene bygger fra sin. Cenate har allerede utviklet verdensledende silisium nanopartikler for batteriformål. Vi har oppnådd svært høy kapasitet og har lært metoder som kan stabilisere materialene så de overlever mange sykler. Noen få batteriprodusenter har kommet så langt på sin bro-ende at vi kan møtes på midten og i fellesskap har en løsning som kan utgjøre en mindre del av dagens batterier. De fleste - og alle de europeiske - har et stykke igjen. Gjennom HAST vil Cenate pakke nanopartikler inn i flere tusen ganger større komposittpartikler. Akkurat som effektiv transport i en storby krever motorveier, småveier og parkeringsplasser prøver vi å oppnå det samme ved at elektrolytten kan bevege seg i store kanaler mellom store kompositter mens det er «småveier» for litium inne i komposittpartiklene, og der nanopartiklene utgjør parkeringsplassene for litium. Dette vil tillate høyere ladehastigheter og tykkere elektroder, og vil gjøre det enklere for fremtidige kunder å anvende materialet i eksisterende prosesslinjer. Målet er å skape unik teknologi som kan bidra til økt rekkevidde for elbilene og bygge en ny stor virksomhet basert på produksjon og salg av denne.

Aktivitet:

ENERGIX-Stort program energi