Nieuwe materialen voor batterijen
Batterijen voor stationaire en mobiele toepassingen – zoals auto's, drones, vrachtwagens, vliegtuigen en fietsen – stellen elk specifieke eisen aan materialen en technologieën. Bij de ontwikkeling van nieuwe batterijen is het essentieel om rekening te houden met deze uiteenlopende behoeften
Binnen EnergyVille bestrijkt batterijonderzoek de volledige waardeketen: van fundamenteel materiaalonderzoek en nieuwe celarchitecturen tot innovatieve batterijconcepten, batterijbeheer en systeemintegratie.
Focus op de volgende generatie batterijtechnologie
Voor de volgende generatie lithium-ionbatterijen (Li-ion) ligt onze focus op vastestofbatterijen (solid-state). In onze dry room pre-pilootlijn schalen we productieprocessen op voor de demonstratie van zowel knoopcellen (coin cells) als pouchcellen op ampère-uurschaal.
Onze activiteiten rond materialen, verwerking en opschaling worden ondersteund door geavanceerde modelleringstechnieken en uitgebreide expertise in materiaalkarakterisering.
Daarnaast onderzoeken we batterijchemieën met potentieel voor de periode na 2030. We bestuderen onder meer duurzamere technologieën zoals lithium-zwavelbatterijen (Li-S) en werken aan het verbeteren van hun prestaties voor toepassingen waar een laag gewicht cruciaal is, zoals drones, e-bikes en ruimtevaarttoepassingen. Ook voor stationaire energieopslag en elektrische voertuigen bieden deze batterijen interessante perspectieven.
Verder zetten we sterk in op natrium-iontechnologie (Na-ion). Dankzij de natuurlijke overvloed van natrium vormt deze technologie een veelbelovend en duurzaam alternatief voor toekomstige batterijoplossingen.
Welke batterijmaterialen onderzoeken we?
Elektrodematerialen
We ontwikkelen geavanceerde elektrodematerialen met specifieke samenstellingen en morfologieën. Daarnaast werken we aan oppervlaktemodificaties van elektrodepoeders, waaronder de synthese van core-shellmaterialen.
Door de fysische, chemische en elektrochemische eigenschappen van deze materialen grondig te karakteriseren, verwerven we fundamenteel inzicht dat cruciaal is voor verdere optimalisatie en ontwikkeling.
Vaste elektrolyten
EnergyVille beschikt over de faciliteiten en expertise om vaste elektrolytmaterialen te synthetiseren en te karakteriseren.
Een unieke onderzoekslijn is de ontwikkeling van vastestofnanocomposietelektrolyten. Deze technologie behoort tot de wereldtop en behaalt een uitzonderlijk hoge ionengeleidbaarheid.
Dichte elektroden met hoge capaciteit
Een belangrijk kenmerk van onze nano-SCE-technologie is dat deze wordt vervaardigd uit een vloeibare precursor. Hierdoor kan het materiaal eenvoudig in vloeibare vorm worden ingebracht in dichte poreuze elektroden, waarna het ter plaatse uithardt.
Vanuit productieoogpunt zijn slechts beperkte aanpassingen nodig aan bestaande productietechnologie voor natte Li-ionbatterijen. Deze ontwikkelingen worden eveneens gevalideerd in onze pouchcel-pre-pilootlijn.
Op prestatieniveau maakt deze aanpak een hoge volumetrische capaciteit mogelijk. Dichte vaste elektroden met een hoog aandeel actief materiaal worden hierdoor haalbaar.
Functionele bufferlagen
De introductie van hoogspanningskathodes, ook wel "5V-materialen" genoemd, wordt vandaag beperkt door het gebrek aan elektrolyten met een voldoende groot elektrochemisch venster.
Om dit probleem aan te pakken, brengen we tijdens de celintegratie ultradunne bufferlagen aan die ionengeleiders scheiden van elektronische geleiders.
Daarnaast voeren we fundamenteel onderzoek uit naar zogenaamde dual-conductor-materialen. Deze materialen kunnen de weg vrijmaken voor ultradichte elektroden met snelle laadeigenschappen.
Lithium-metaalanodes
Lithium-metaalanodes worden al sinds het midden van de twintigste eeuw beschouwd als de heilige graal van oplaadbare lithium-ionbatterijen.
Solid-state batterijtechnologie wordt algemeen gezien als een belangrijke stap richting de praktische toepassing van deze anodes. Toch moeten naast chemische stabiliteit nog tal van andere uitdagingen worden opgelost.
Binnen onze laboratoria onderzoeken we verschillende oplossingsrichtingen. Waarschijnlijk zal een combinatie van meerdere benaderingen nodig zijn om tot een technologisch haalbare oplossing te komen.
