Imec, partner in Energyville, verdubbelt energiedichtheid van vastestofbatterijen tot 400wh/liter
Met het oog op de roadmap naar 1000Wh/L en het opschalen van de pilootlijn voor vastestofbatterijen binnen Campus EnergyVille, wordt de weg gebaand naar elektrische voertuigen voor lange afstanden.
Imec, ‘s werelds toonaangevende onderzoeks- en innovatiehub op het vlak van nano-elektronica en digitale en energietechnologie, en partner in EnergyVille, kondigt vandaag een vastestof Li-metaal batterijcel aan met een ongeziene energiedensiteit van 400 Wh/liter met een laadsnelheid van 0.5C (2 uur). Daarnaast wordt ook aangekondigd dat het opschalen van de materialen en processen in een pilootlijn voor productie van vastestof pouch cells wordt opgestart op Campus EnergyVille in Genk (België). Met deze roadmap voor vastestofbatterijen, wil imec de performantie van natte lithium-ion batterijen overstijgen en komen tot 1000Wh/L aan 2-3C tegen 2024.
De huidige herlaadbare Li-ion batterijtechnologie heeft nog wat ruimte om te verbeteren, maar niet voldoende om bijvoorbeeld de radius en autonomie van elektrische voertuigen significant te verbeteren. Daarom wordt getracht het natte elektrolyt te vervangen door een vast materiaal. Hierdoor wordt het mogelijk om de energiedensiteit van de cel verder te verbeteren, zelfs voorbij cellen gebaseerd op een vloeibare elektrolyt. Het vast elektrolyt van imec heeft een exceptioneel hoog geleidingsvermogen tot 10 mS/cm met een potentieel tot zelfs nog hogere vermogens. Kenmerkend voor het nieuw materiaal is dat het wordt gehanteerd als een vloeistof – door middel van een nat chemische coating. Pas wanneer het op zijn plaats zit in de holtes van de poreuze elektrodes wordt de vloeibare precursoroplossing omgezet in een vaste stof. Zo kan men maximaal contact maken met de actieve poederelektrodes, zoals dit ook bij vloeibare elektrolyten he geval is.
Door het gebruik van vastestof-nanocomposiete elektrolyten in combinatie met een standaard lithium-ijzerfosfaat (LFP) kathode en lithium metaal anode, heeft imec een verbeterde batterij ontwikkeld met een energiedichtheid van 400 Wh/liter aan een laadsnelheid van 0.5C (2 uur), een recordcombinatie voor een vastestofbatterij. Met dit resultaat heeft imec de resultaten van het afgelopen jaar al kunnen verdubbelen, en volgt daarbij de roadmap om uiteindelijk een densiteit van meer dan 1,000Wh/liter te bereiken aan een laadsnelheid van 2-3C (minder dan een half uur).
Bijkomend werd er gestart met de opschaling van de processen en cellen in een state-of-the-art labo voor deze nieuwe vastestofbatterijtechnologie, inclusief een 300 m2 pilootlijn voor batterij-assemblage dat een dry room omvat van 100m2. Deze conventionele A4 sheet-to-sheet lijn is ideaal geschikt voor nat coating van dit innovatieve vastestofelektrolyt. Zo kan de assemblage van de nieuwe cellen mits kleine modificaties uitgevoerd worden op bestaande ontwikkelingslijnen voor Li-ion batterijen met vloeibare elektrolyten. Dit wil zeggen dat de nieuwe technologie geen dure investeringen vraagt om over te schakelen van natte naar vastestofcellen. De nieuwe pilootlijn is gevestigd op Campus EnergyVille en maakt het mogelijk prototypes van pouch cellen te ontwikkelen met een capaciteit tot 5Ah capaciteit. Het is daarmee klaar om een hoeksteen te worden voor onderzoeksgroepen en bedrijven die verder willen inzetten op R&D-projecten rond dit soort batterijen.
“De nieuwe batterij toont aan dat onze elektrolyten geïntegreerd kunnen worden in performante batterijen. De pilootlijn maakt het mogelijk de volgende stap te zetten en deze nieuwe batterijtechnologie op te schalen naar industrieel interessante processen en formats, daarbij gebruikmakend van gelijkaardige processen die ook gebruikt worden voor natte batterijen, ‘ aldus Philippe Vereecken, Wetenschappelijk Directeur bij imec/EnergyVille.
Om innovatieve batterijtechnologieën nog meer te doen groeien en in te schakelen in de markt is het engagement en de betrokkenheid nodig van ’s werelds grootste materiaalleveranciers en batterijontwikkelaars. Daarom voert imec zijn batterijonderzoek uit als een samenwerkingsprogramma voor open innovatie waarvoor alle geïnteresseerde partijen worden uitgenodigd aan mee te werken.
