Batterijen, zowel voor stationaire toepassingen, als voor mobiel gebruik (auto, drone, truck, vliegtuig, fiets) vertonen specifieke vereisten die gerespecteerd moeten worden in de materiaalontwikkeling.
Het batterijonderzoek binnen EnegyVille bestrijkt de hele waardeketen, van basismateriaalonderzoek, celarchitecturen en nieuwe batterijconcepten tot batterijbeheer en systeemintegratie. Voor de volgende generatie lithium-ion batterijen (Li-ion) richten we ons op vastestofbatterijen (solid-state). In onze pre-pilootlijn met dry room schalen we processen op om knoopcellen (coin cells) en Amp-uur pouch-cellen te demonstreren. De materialen, verwerking en opschalingstaken worden ondersteund door sterke modelleeractiviteiten en een geavanceerde karakterisatie-expertise. Daarnaast kijken we naar een verkennende chemie voor de markt na 2030. We bestuderen ook duurzamere technologieën zoals lithium-zwavel (LiS) -gebaseerde batterijen en werken aan het verbeteren van hun prestaties naar de volgende generatie batterijen die worden gebruikt in lichtgewicht toepassingen zoals drones, e- fietsen, ruimtevaarttoepassingen evenals de stationaire of autoaccu’s. Verder gaat onze aandacht ook uit naar op natrium-ion (Na-ion) -gebaseerde technologieën met een natuurlijke overvloed van natrium als een belangrijk voordeel.
Welke materialen voor batterijen onderzoeken we bij EnergyVille?
- Elektrodematerialen: Naast directe productie van geavanceerde materiaalsamenstellingen en -morfologieën, werken we aan oppervlaktemodificaties van elektrodepoeders zoals de synthese van core-shellmaterialen. Karakterisatie van de fysische, chemische en elektrochemische eigenschappen van elektrodematerialen verschaft ons fundamenteel inzicht dat een cruciaal voordeel vormt bij verdere stappen en optimalisatie.
- Vaste elektrolyten: we hebben de faciliteiten en expertise om vaste elektrolytmaterialen te synthetiseren en te karakteriseren. Ons onderzoek naar en ontwikkeling van vastestofnanocomposietelektrolyten is uniek in de wereld en vertoont een recordhoge ionen-geleidbaarheid.
- Dichte elektroden met hoge capaciteit: een belangrijke differentiator van onze nano-SCE-technologie is dat deze is gemaakt van een vloeibare precursor. Dit maakt het makkelijk in te brengen in dichte poreuze elektroden, waar het, eenmaal op zijn plaats, stolt. Vanuit een technologisch oogpunt zijn er slechts kleine aanpassingen nodig aan bestaande gereedschapssets voor (natte) Li-ion-batterijen, een ontwikkeling die ook wordt uitgevoerd in onze pouch-cel pre-pilootlijn. Vanuit het oogpunt van prestaties maakt dit een hoge volumetrische capaciteit mogelijk, aangezien vaste dichte elektroden met een hoge verhouding van actief materiaal nu mogelijk zijn.
- Functionele bufferlagen: de introductie van hoog-voltage positieve elektroden (“5V-materialen”) wordt gehinderd door een gebrek aan elektrolyten met een voldoende groot elektrochemisch venster. In ons celintegratiewerk brengen we ultradunne bufferlagen aan om de ionengeleiders van de elektronische geleiders te isoleren. Fundamenteel materiaalonderzoek naar de zogenaamde dual-conductor materialen zal de weg vrijmaken voor ultra-dichte elektroden met snelle laadkarakteristieken.
- Lithium-metaalanodes: Lithium-metaalanodes zijn sinds hun uitvinding in het midden van de 20e eeuw de heilige graal van oplaadbare Li-ion-batterijen. Algemeen wordt aangenomen dat de solid-state batterijtechnologie uiteindelijk lithiummetaalanodes mogelijk zal maken. Naast de chemische stabiliteit zijn er echter nog veel meer problemen die moeten worden opgelost. In ons laboratorium evalueren we verschillende benaderingen en een combinatie van twee of meer benaderingen zal waarschijnlijk nodig zijn om tot een technologisch haalbare oplossing te komen.