ECO COM’BAT project zorgt voor verbeterde duurzaamheid van hoogspanningsaccu’s
De opkomst van elektromobiliteit gaat gepaard met uitdagende eisen aan nieuwe batterijen, bijvoorbeeld wat betreft rijbereik, levensduur, veiligheid of oplaadtijden. Een intrinsieke uitdaging is de behoefte aan materialen voor het groeiend aantal grote autobatterijen. Tien partners uit de industrie en onderzoekswereld hebben met succes hun krachten gebundeld in het door de EU gefinancierde project ECO COM’BAT om een volgende generatie duurzame hoogspanningslithiumionbatterijen te ontwikkelen. EnergyVille/VITO was een van die partners.
Het doel van het EIT RawMaterials-project ECO COM’BAT was om groene en hoogwaardige materialen te combineren en hun productie op te schalen voor de volgende generatie hoogspanningslithiumionbatterijen. ECO COM’BAT werd gecoördineerd door het Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC en uitgevoerd in de periode van april 2016 tot december 2018. De projectpartners zijn de materiaalproducenten Arkema en Umicore, de celfabrikanten SAFT en Customcells, de onderzoeks- en technologieorganisaties Fraunhofer, CEA , CSIC, ENEA, VITO/EnergyVille en de Technische Universiteit Darmstadt en bestreken dus de volledige waardeketen van batterijen.
Vermindering van kritische materialen
In vergelijking met conventionele batterijen zou dit nieuwe type krachtiger moeten zijn en ook duurzamer qua materiaalgebruik. “De hoofdtaak van het ECO COM’BAT-project was het vervangen van conventionele, vaak dure, zeldzame of zelfs kritische materialen zoals kobalt in de elektroden en fluor in de elektrolyt”, legt projectcoördinator Dr. Andreas Bittner van Fraunhofer ISC uit. Voor dit doel heeft het projectteam ORMOCER® gecoate, laag-kobalt NMC 622 en een speciale hoogspanningselektrolyt op basis van het geleidende zout lithium-bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) aangepast naar de batterijvereisten en geoptimaliseerd om stabiel te werken, zelfs bij hoge spanningen. Dit leidt tot een vermindering van het kobaltgehalte met ongeveer 20% en een vermindering van het elektrolytfluorgehalte van meer dan 60%. Bovendien werden de gestructureerde koolstofadditieven Porocarb® en Graphistrength® toegepast om de energie- en vermogensdichtheid verder te verhogen. De duurzame materialen werden op pilootniveau geïntegreerd in pouchcellen, die verbeterde prestaties (tot 50% betere cyclusstabiliteit bij 4,3 V) toonden in vergelijking met industriële referentiecellen.
Opschalen naar pilootproductie
Om van experimenteel laboratoriumniveau naar produceerbaarheid te komen, zijn meestal verschillende opschalingsstappen nodig. Binnen het ECO COM’BAT-project combineerden de partners innovatieve materialen met bekende productie-eigenschappen om met slechts een paar opschalingsstappen te komen tot een relevant pilootniveau van batchgroottes met maximaal 20 kilogram. Voor de optimalisatie van de ECO COM’BAT-materialen en cellen werd een uitgebreide simulatie van de batterijprestaties en veroudering uitgevoerd door VITO/EnergyVille. Bovendien werd een efficiënt recyclingconcept ontwikkeld en getest om waardevolle materialen zoals nikkel, kobalt, grafiet en lithium terug te winnen en zo de duurzaamheid te verhogen. De commerciële impact van de projectresultaten voor een nieuwe generatie duurzame hoogspanningsaccu’s is veelbelovend, omdat de verschillende accumaterialen uitstekende prestaties en verwerkingseigenschappen vertonen. De materialen zijn klaar voor de opschaling van de nearto-productie zodra er voldoende marktvraag is.
Dit project kreeg steun van het Europees Instituut voor Innovatie en Technologie (EIT), onderdeel van de Europese Unie, onder het Horizon2020 programma voor onderzoek en innovatie.