FUNctional Coatings of sulfide electrolYtes for lithium Solid-State Batteries

[11:56 AM] Amalie Skurtveit Den pågående overgangen av energilandskapet fra fossilt brensel til fornybar energi er avhengig av tilgjengeligheten av rimelige, trygge og effektive energilagringsløsninger. Det har resultert i den nylige fremveksten av nye energilagringsteknologiene. Blant disse representerer Li-ionebatterier (LiB-er) den mest utviklede teknologien, som ikke bare leverer den høyeste energitettheten, men også demonstrerer langsiktig holdbarhet og høy kapasitet. Fastfasebatterier (forkortet SSB, fra engelsk; solid-state batteries) regnes som den neste generasjonen av batterier på grunn av deres forbedrede sikkerhet og energitetthet sammenlignet med konvensjonelle Li-ionebatterier. SSB-er er av spesiell interesse for mobilitetssektoren. Nøkkelkomponenten for en høyytelses SSB er fastfaseelektrolytten (forkortet SSE, fra engelsk; solid-state electrolytes), men bruken av den byr også på nye utfordringer når det gjelder ionisk ledningsevne, prosesserbarhet, resirkulerbarhet, bærekraftigheten til SSE-er og SSE-aktive materialgrensesnitt. I FUNCY-SSB vil ekspertise fra flere disipliner (teknikk, prosessering, syntetisk kjemi og elektrokjemi, resirkulering, livssyklusvurdering, forvaltning, utnyttelse og formidling) kombineres på en komplementær og helhetlig måte som fører til innovative løsninger og en mer nyansert forståelse av problemer knyttet til SSEer. FUNCY-SSB vil lage en tydelig kobling fra syntese til karakterisering og elektrokjemisk evaluering, som lar partnere forstå hvordan og hvorfor materialene fungerer eller svikter som de gjør, og gå tilbake til den syntetiske laboratoriet for å produsere forbedrede materialer til neste runde. For å implementere konseptet designet for bærekraft/resirkulering i utviklingen er det tenkt et sterkt samarbeid mellom feltene. Resultatene av FUNCY-SSB-prosjektet vil være tilgjengelig for en teknologioverføring til relevante industrielle partnere på en tidsskala som skal muliggjøre kommersialisering innen 2030.

Solid-state batteries (SSBs) are considered the next generation of batteries due to their improved safety and energy density compared to conventional Li-ion batteries. The key component for a high-performance SSB is the solid-state electrolyte (SSE), but its use also poses new challenges in terms of ionic conductivity, processability, recyclability, sustainability of SSEs and the SSE-active material interfaces. Combining organic and inorganic electrolytes is a promising route. However, these composite electrolytes cannot be made via simple mixing of polymer and inorganic components, rather both components need to be specifically tailored to enable efficient ionic transport through the SSE as a whole. These challenges will be addressed within FUNCY-SSB project by partners from Germany, Slovenia and Norway through focusing on the development of sustainable by design SSEs with enhanced electrochemical performance. Functional surface coatings will be used to fabricate SSEs based on a combination of sulfide electrolytes with polymers. Inorganic coatings produced by atomic layer deposition will be used to optimize the Li-ion transport through the polymer into the sulfide electrolyte. Using a functional coating, the aim is to make SSEs with high ionic conductivity, enhanced stability towards moisture and improved electrochemical stability window. Recycling studies, economic and ecological potential analyses will be conducted during the SSE development process to examine and optimize the SSEs in terms of recyclability and sustainable fabrication. The functionality of selected coated electrolytes will be tested in combination with Li metal anodes and NMC cathodes, and demonstrated in pouch cells. The manufacturing potential of the developed materials will be assessed in a collaboration with the industrial partners. FUNCY-SSB will use semantic technologies to digitalise synthesis and manufacturing processes of battery materials/components.