For å gå over til mer bruk av fornybar energi er vi avhengige av tilgjengeligheten av billige og pålitelige energilagringsløsninger. Her er oppladbare batterier i en særstilling når det gjelder utbredelse og brukervennlighet. Blant disse så gir Li-ion-batteriene ikke bare den høyeste energitettheten, men viser også langsiktig holdbarhet og høy effektivitet. Men, i flere tilfeller, så har de typiske materialene som i dag benyttes i Li-ion batterier dessverre ikke gode nok egenskaper. Vi jobber derfor med å finne nye materialer som skal gjøre batteriene så gode at de kan bidra i å utkonkurrere bensin og diesel som foretrukket drivstoff for biler. Ett veldig lovende materiale, som vi i Norge er verdensledende i å utvinne og lage, er silisium. Silisium kan brukes i batterianoden som erstatning for grafitt. Og er potensielt 10 ganger bedre!
Problemet er at silisium kan lagre så mye litium at det vokser til fire ganger sin opprinnelige størrelse. I tillegg reagerer det lett med elektrolyttene som vanligvis brukes i batterier.
I dette prosjektet jobber vi med å forbedre silisium-materialene slik at elektrodene vi lager vil tåle både at silisiumet vokser og beskytter det mot elektrolytten ved å lage en kompositt som består av silisium og grafen. Dette mener vi vil øke både levetid og ladehastighet for batteriene. En hovedutfordring med silisium-grafen kompositter er å greie å produsere de i store kvanta til en rimelig pris. Vi skal derfor se på nye produksjonsteknikker som gir både god kontroll og er oppskalerbare.
Så langt har silisiumnanopartikler blitt produsert og distribuert til oppgaver inkludert benchmarking med konvensjonell komposisjon med grafitt samt kombinasjon med grafen produsert av CealTech.
The present project aims to raise a new material based on a combination of silicon nanoparticles and graphene as a future anode composition for Li-ion batteries (LIBs) to a level where it can meet all the industrial requirements necessary for the successful deployment of this technology. That includes the development of the methods necessary for up-scaling the material’s synthesis/production, optimization of materials and anode properties as well as incorporation of the final nanostructured silicon/ graphene composite into industrially relevant prototype LIBs. Manufacturing perspectives such as possibility of up-scaling, assessment of material’s availability, price competitiveness and readiness for use with emerging battery technologies will be also assessed through the project.
The project will evaluate a scalable method for the preparation of silicon/graphene composites by growth of the graphene on Si nanoparticles. The prepared material in different stages of production will be subjected to extensive structural and chemical characterization in order to evaluate material morphology, coverage of coatings, quality and reproducibility, using techniques such as XRD, Raman, SEM, TEM and XPS. The material's performance as anode material will be determined by different electrochemical test procedures, including galvanostatic cycling and rate performance testing in half and full cells. Data analysis tools, like differential capacity analysis, will be used in conjunction with post-mortem analysis of materials to elucidate degradation pathways and stabilization mechanisms. The project will be finalized by verification through fabrication of pouch full celll using NMC622 as a cathode.
