Tilbake til søkeresultatene

ENERGIX-Stort program energi

Calcium-Silicon alloy-based all-solid-state batteries (CalSiumbat)

Alternativ tittel: Kalsium-silisium baserte faststoff-batterier (CalSiumbat)

Tildelt: kr 7,8 mill.

CalSiumbat-prosjektet har som mål å svare på et viktig spørsmål innen energilagring – det er mulig å lage et pålitelig batteri basert på kalsium. I løpet av det siste tiåret har forskere over hele verden lett etter potensielle alternativer til utbredte litium-ion-batterier (LIB). LIB-er har blitt ekstremt populære for ulike bruksområder, fra forbrukerelektronikk til elektriske kjøretøy. Imidlertid resulterte den raske veksten av LIB-teknologi i alvorlig mangel på flere nøkkelelementer som brukes til fremstilling av batterier. Alternativer, inkludert multivalente kjemier, anses som lovende løsninger for å løse dette problemet. Kalsium, blant andre muligheter, er mye mindre farlig enn litium og natrium, men likevel litt større og tyngre. Dermed kan kalsium-ion-batterier vurderes for stasjonær energilagring. Kalsium er det femte mest forekommende grunnstoffet i jordskorpen og det tredje mest forekommende metalliske grunnstoffet som er utbredt over hele kloden. I tillegg representerer kalsium vesentlig lavere risiko enn litium når det gjelder batteritenning. En ekstra sikkerhetsforbedring av batterikjemien, som er tatt i bruk av CalSiumbat, er bruken av faststoffelektrolytten. I den innledende fasen av prosjektet utforsket det internasjonale teamet ledet av Universitetet i Oslo flere potensielle materialer for å aktivere Ca-ion-batterier. Spesifikt ble materialer for positive og negative elektroder evaluert, og dette bakgrunnsarbeidet ga et solid grunnlag for videre utvikling og optimalisering av Ca-ion-kjemi. Teamet tar sikte på å distribuere faststoffelektrolytt mot slutten av prosjektet for å demonstrere helt fast Ca-ion batteri. Prosjektteamet består av flere eksperter med bred kompetanse innen batterimaterialer, og prosjektets mål skal nås gjennom syntese av materialer, grunnleggende forståelse av de kjemiske mekanismene som er nødvendige for optimaliseringen, og elektrokjemisk evaluering. Oppsummert vil Calsiumbat bane vei for nye typer materialer i energilagringssystemer med høy energitetthet, lave miljømessige fotavtrykk og lave produksjonskostnader. I samarbeid med de store europeiske forskergruppene skal UiO legge grunnlaget for den første prototypen av et kalsium-ion-batteri, som vil være interessant for den raskt voksende norske batteriindustrien.

In the last twenty years worldwide intense research and development efforts are invested by public and private stakeholders (universities, research centres and private companies) to develop new battery technologies beyond lithium. Aprotic sodium-ion batteries (NIB) are, by large, the most widely investigated chemistry alternative to LIB, given the chemical similarity of sodium to lithium, and its relatively small atomic weight. However, multivalent batteries based on Mg, Ca, Al and Zn, etc. have the ability to drive multiple electron exchange for every charge transfer event counterbalances the larger atomic weight compared to both Na and Li. Calcium is a divalent alkaline earth metal with an extraordinarily strong oxidative ability in consideration of the –2.87 V vs SHE (standard hydrogen electrode) redox potential for the Ca2+/Ca couple, to be compared to the -3.04 V vs SHE of the lithium metal electrode. In comparison to other elements under study for battery applications, calcium is the multivalent metal with the most negative redox potential and an ionic radium very similar to Na+, a cation easily intercalated/deintercalated in/from a variety of materials. The main objective of the overall project is to achieve a proof of concept for all-solid state Ca-ion batteries (CIB) with energy density higher than 650 Wh/kg. The ambitious part will be develop a new alloy-type of Ca-Si anode (phase 1) and couple it with a solid polymer electrolyte (PEO based) and a barium-free Prussian Blue (PBs) analogue cathode. Pre-tests with organic electrolyte will be carry out in half-cell configuration and later validated with the solid electrolyte. One work package will be devoted to the in-depth electrochemical reaction mechanism using X-ray Operando techniques. The final device will exhibit a working voltage beyond 4V and will use only not-toxic, cheap and easily scalable battery materials.

Budsjettformål:

ENERGIX-Stort program energi