Litium-metallbatteri med ny solid elektrolytt leverer 1070 Wh/L

Som koordinator for H2020 SOLiDIFY-konsortiet, melder belgiske imec at de har, sammen med 13 europeiske partnere, utviklet et høyytelses litium-metall solid-state batteri. Prototypen av batteriputecellen, produsert av imec i batterimonteringslaboratoriet i EnergyVille, Belgia, har en unik «væske-til-fast»-behandlet fast elektrolytt .

Disse batteriene bruker et solid elektrolyttmateriale som ioner strømmer gjennom for å lade og utlades, i stedet for den flytende elektrolytten som brukes i konvensjonelle litium-ionbatterier. Dette gir potensielle fordeler som høyere energitetthet og større sikkerhet mot branner. På materialnivå er cellens høye energitetthet et resultat av innføringen av en tynn litiummetallanode sammen med en tilstrekkelig tynn fast elektrolyttkomponent.

Nå, innenfor SOLiDIFY-prosjektet, har imec og de 13 europeiske partnerne laget en prototype av et høyytelses litium-metall solid-elektrolytt-batteri. Putecellen, produsert i batterilaboratoriet til EnergyVille (Genk, Belgia), oppnådde en energitetthet på 1070 Wh/L, sammenlignet med maksimalt 800 Wh/L for litium-ion-teknologier. Ikke minst, siden de har klart å få til en produksjonsprosess som er håndterbar ved romtemperatur og som kan tilpasses gjeldende produksjonslinjer for litiumionbatterier, lover denne prosessen en rimelig industriell overføring. Det er anslått at produksjonskostaden vil ligge på under 150 euro per kWh.

Det hele ble realisert gjennom nøye evaluering og optimalisering av nye materialer og avanserte belegg, levert av partnerne. For prototypens faste elektrolytt ble det brukt et dopet polymerisert ionisk væske (PIL)-basert nanokomposittmateriale, noe som muliggjorde en unik «væske-til-fast» størkningstilnærming. Den høye energitettheten ble oppnådd ved å kombinere en komposittkatode med høy kapasitet, separert fra en tynn litiummetallanode med en tynn fast elektrolyttseparator (50 μm), noe som resulterte i en kompakt battericellestakk. I tillegg klarte de å håndtere utfordringer med mekanisk styrke og katodeimpregnering for å øke cellens ladehastighet til 3 timer og levetid til 100 sykluser. Påføring av nanometertynne beskyttende belegg muliggjorde bruk av koboltmagre NMC-katoder, noe som reduserte miljøpåvirkningen samtidig som det ga høyere kapasitet.

Neste steg vil bli ytterligere oppskalering av batteriteknologien. I tillegg har imec som mål å kontinuerlig øke energi- og effekttettheten til energilagringsteknologier, og forske på neste generasjons katodematerialer og litium-metallanoder ved bruk av galvanisering.