From road to load-A Swedish lithium battery materials group
- Reference number
- EM11-0028
- Start and end dates
- 120101-161231
- Amount granted
- 15 983 170 SEK
- Administrative organization
- Uppsala University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
New environmentally benign iron based cathode materials, tin and/or silicon anode materials, and ionic liquid electrolytes will be developed for a power optimised 200 Wh/kg Li-ion battery to be used within 5 years. The same electrode materials will also be temperature tested together with new polymer and ionic liquid electrolytes operating at temperatures between 60-150ºC in a 250 Wh/kg Li-ion battery to be used in hybridized vehicles. The long term goal is to use the ionic liquid electrolytes and the tin and/or silicon anodes to construct metal-air (e.g. lithium) batteries with capacities >600 Wh/kg that can be used 15 years from now. These ambitious goals require a broad and fundamental knowledge about material synthesis and characterisation as well as of theoretical modelling. Given the complexity of the Li-ion battery, the proposed battery concepts are necessary for a continued development of new battery materials. By combining the expertise on synthesis, characterization and full scale cell testing of nano- and bulk electrode materials at Uppsala University, the deep knowledge of polymer electrolytes, electrolyte salts and ionic liquids at Chalmers, and the modelling expertise at KTH, we are able to present a full-scale project covering all aspects of materials for Li-ion batteries. An industrial reference group (with representatives from Höganäs AB, Scania CV AB, AB Volvo, ABB, Husqvarna AB, LiFeSiZE AB, LUTAB, ETC AB) will also be linked to the project.
Popular science description
En intensiv forskning om batterimaterial pågår runt om i världen för att få fram ett riktigt bra, billigt, miljövänligt och säkert batteri med högsta möjliga energilagringsförmåga. Batteriet ska vara litet, lätt, kunna laddas snabbt och ha en god livslängd. Litiumbatteriet har den högsta energitätheten av alla uppladdningsbara batterier. Dagens bärbara elektronik vore knappast tänkbar utan dem. Batteriet kan lagra ca sju gånger mer energi än motsvarande blyackumulator och har en potential att lagra mycket mer än så. Eftersom litiumbatteriteknologin fortfarande är omogen och det finns många olika material som kan användas för att bygga nya typer av litiumbatterier finns det stor potential till förbättringar. Vilket batteri ska sitta i nya hybrid, plug-in och rena elbilar? Kan vi använda batterier som energibuffert i ett eldistributionssystem som delvis laddas med intermittent förnybar energi? Vad krävs för att verktyg ska få ett tillförligt batteri som kan användas längre än idag? Allt detta handlar om nya rätt valda material och processer! Med att utveckla material för tre olika batterikoncept vill ett konsortium bestående av Uppsala universitet, Chalmers och KTH besvara frågorna. Ett nytt effektoptimerat 200 Wh/kg Li-jonbatteri baseras på nya miljövänliga järnbaserade katodmaterial, anodmaterial av tenn och/eller kisel samt jonvätskor. Elektrodmaterialen kommer också att testas för användning tillsammans med jonvätskor och polymerelektrolyter i ett 250 Wh/kg Li-jonbatteri för temperaturintervallet 60-150ºC. Syftet är att skapa ett batteri som passar för verktyg och ett som passar för hybridisering av tunga fordon eller för frekvensreglering vid storskalig lagring. Det långsiktiga målet är dessutom att använda jonvätskorna och anodmaterialen för ett säkert och energitätt (>600 Wh/kg) metall-luftbatteri som kan användas i storskalig energilagring. Komplexiteten hos ett litiumbatteri, där de olika ingående materialen påverkar varandra, är stor och materialen måste studeras i ett verkligt batteri för att kunna vidareutvecklas. Dessa ambitiösa mål kräver den bredd och det kunnande som finns i konsortiet; med material- och litiumbatterikännedomen vid Uppsala Universitet (koordinator), elektrolytkunskapen vid Chalmers och modelleringserfarenheter av material och batterisystem vid KTH. Till projektet knyts också en industriell referensgrupp som består av representanter från AB Volvo, Scania CV AB, Höganäs AB, ABB, Husqvarna AB, LiFeSiZe AB, LUTAB och ETC AB.