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 1,8 mill.

"Kan kalsium erstatte litium i et batteri?" Dette er spørsmålet som forskerne prøver å svare på i CalSiumbat. Over hele verden leter forskere etter et levedyktig alternativ for litium ion-batterier. Kjemikerne har flere grunner til å se nærmere på kalsium når de jakter på nye batteriteknologier. Kalsium er mye mindre farlig enn litium og natrium, men er litt større, tyngre og tregere enn litium og natrium. Den største utfordringen er derfor å flytte kalsium frem og tilbake mellom anode og katode. Oppladbare litium-ione batterier har blitt den dominerende strømkilden i ulike typer av forbrukerelektronikk og bærekraftig transport, fra telefoner til biler. Men med dagens priser kan begrenset tilgang på litium skape utfordringer i forsyningskjedene på grunn av sterkt voksende bruk i forskjellige bransjer. Kalsium er det femte mest utbredte elementet i jordskorpen, det tredje mest utbredte metalliske (kationike) grunnstoffet med god geografisk fordeling over hele kloden. Således har kalsium et klart potensial for å fungere som litiumerstatning. Natrium og magnesium er andre alternativer. Kalsium har langt mindre risikomoment enn litium med hensyn på antennelse i batterisammenheng. Et viktig aspekt ved fast-stoff batteri-teknologi er at man unngår bruk av en brennbar væskeelektrolytt, noe som øker batteriets sikkerhet. Hovedutfordringen i prosjektet, som gjør dette til et høyrisiko / høy avkastnin sprosjekt, er å finne en optimal fast-stoff polymerelektrolytt som muliggjør reversibel kalsiuminnsetting / ekstraksjon. Prosjektet kombinerer ulike eksperter med bred og høy kompetanse, og prosjektets målsettinger vil nås gjennom avansert syntese, kombinert med røntgenundersøkelse og elektrokjemiske studier. Oppsummert, Calsiumbat vil bane vei for nye typer av materialer i energilagringssystemer med høy energi-tetthet, med lave miljømessige fotavtrykk, og til lave produksjonskostnader. Gjennom å åpne et nytt forskningsvindu innen den raskt ekspanderende norske batteriscenen, vil UiO legge grunnlag for å demonstrere den første prototypen av et kalsiumbatteri i Norge.

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