Li-ion batterier vokser i etterspørsel for å støtte det grønne skiftet til en bærekraftig økonomi. Dette fører til at viktige materialer kan bli begrenset i forsyningen, som betyr at de kan kalles kritiske råvarer. Noen av disse kritiske råvarene kan komme fra politisk ustabile land eller fra områder med uetisk arbeidspraksis. En mulig løsning på dette problemet er å utvikle et batteri som hovedsakelig er laget av materialer som kommer fra biologiske kilder som planter.
BALSA-prosjektet har som mål å oppnå dette for flere store deler av vanlige Li-ion-batterier. Første steg vil bli å undersøke hvordan man kan få tak i silisium, en neste generasjons batterianode, fra byggskall som erstatning for grafitt som utvinnes i Kina. Silisiumet vil ha små porer i seg slik at silisiumet har plass til å utvide seg når vi tilsetter litium i det. Neste steg vil bli å kombinere det porøse silisiumet med karbon nanofiber aerogel. Aerogelen er et slags vevd mønster av svært tynne fibre laget av karbon. Den hjelper silisiumet med å lede strøm i stedet for kobber og karbonfibrene kan også lages av plantefibre. Til slutt vil BALSA-prosjektet bruke en elektrolytt laget av en ionisk væske som er tryggere enn vanlige, brannfarlige batterielektrolytter. Andre materialer som er avledet fra planter som silisiumdioksid og cellulosefibre vil bli lagt til for å hjelpe med stabilitet.
Dermed kan BALSA-batteriet bli mer miljøvennlig, og fortsatt fungere som et godt og trygt batteri med en lavere kostnad, lavere karbonavtrykk og være mer resirkulerbart. For å vite nøyaktig hvor miljøvennlig BALSA-batteriet vil være vil prosjektet også gjøre en livssyklusanalyse som ser på karbonavtrykket for hvert trinn i å lage BALSA-batteriet. BALSA-prosjektet vil støtte Europas grønne giv, gi en mer sirkulær økonomi, og støtte jobbskaping i landbruksområder ved å muliggjøre produksjon av verdifulle materialer fra planter og planteavfall som for eksempel skall fra bygg.
The BALSA project aims to develop a fully bio-based Li-ion battery (LIB) anode and quasi-solid-state electrolyte, in which all the active and supporting materials are derived from biological sources, i.e., from plants. To achieve this goal, the project proposes combining mesoporous Si derived from barley husks, a cellulose-based carbon nanofiber aerogel as a free-standing support, and a bio-derived quasi-solid-state composite electrolyte containing a poly(ionic liquid) scaffold, bio-based fillers, and ionic liquid additives. The developed battery anode is combined with environmentally friendly cathode to create a lab-scale prototype, reducing the dependence of battery chemicals on the critical raw materials like Co and Cu. The developed LIB is expected to have comparable performance compared to the state-of-the-art, but with significantly lower cost and carbon footprint and the potential for recyclability.
In order to properly compare and evaluate the project’s result, a holistic life cycle assessment (LCA) incorporating circular economy pathways will be conducted to benchmark the reductions in carbon footprint from the production of the BALSA battery. The performance can be contextualized by the carbon footprint, thereby meeting the goals of the European Green Deal, circular economy, and supporting skilled job creation in rural, agricultural regions.
The technology at the beginning of the project is at TRL 2, as individual components have already been demonstrated in the laboratory. The target by the end of the project is TRL 4, with a lab-scale pouch cell prototype to be assembled showing some individual components of the BALSA battery to have industrial relevance. The industrial participation of Talga for anode manufacturing, testing, and materials benchmarking and of Performance Biofilaments Inc. for cellulose-based carbon nanofibre production, offer insight and perspective on commercial exploitation of the project’s results in the aftermath of the project.
