Lightweight structural energy power storage materials
- Reference number
- RMA08-0002
- Start and end dates
- 090701-120630
- Amount granted
- 13 400 000 SEK
- Administrative organization
- RISE SICOMP AB
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The project aims at development of structural polymer composite materials with intrinsic electrical energy storing capability. Such materials are desired for their potential to reduce weight and provide energy needs for future electric vehicles. To realise such materials reinforcement systems adapted for electrical conductivity in anodes, cathodes and separator layers must be developed. In addition, stiff electrolyte polymer materials to be employed as composite matrix must be generated. Here, thermoset polymer resins as well as conductive thermoplastic polymers are to be developed to allow for different composite manufacturing routes. Following the constituent development, rational processing techniques and design methods for these composites must be produced. In particular, cost-effective manufacture at high volumes, required by car manufacturers must be elaborated. The manufactured materials are to be characterised and ranked for electric and mechanical performance. Thereafter, the most promising candidates are taken forward to the systems level, studying issues such as hybrid laminate design, power management, packaging and cost and life analysis. Finally, car components will be designed, manufactured and demonstrated on the KTH Shell Eco car for validation of concept. At the end of the project, five new PhD:s in this novel, proven, materials area will be ready to strengthen the Swedish automotive industry in its strive towards electrification of its vehicles.
Popular science description
Projektet syftar till att utveckla en helt ny typ av multifunktionella, lätta konstruktionsmaterial för lagring av elektrisk energi i mekaniskt belastade strukturer. Materialen bygger på den exceptionella elektriska lagringsförmågan hos litiumpolymerbatterier samt den utomordentliga mekaniska prestandan hos kolfiberkompositer relativt deras vikt. De multifunktionella materialen skapas genom att man utnyttjar den elektriska ledningsförmågan hos kolfiber i kombination med den elektriska lagringsförmågan hos litiumpolymeren i ett och samma material. Kolfibrer placeras i den delen av materialet som utgör anoden hos batteriet, som då även kan bära höga mekaniska laster utöver att den leder ström. Litiumpolymeren används som matrismaterial och överför därigenom mekaniska laster mellan fibrer samtidigt som den är konduktiv. Den lastbärande battericellen (laminatet) byggs upp av sådana anoder samt katoder med aluminiumfibrer separerade av skikt med isolerande glasfibrer, allt i samma litiumpolymer. På detta sätt kan lätta, styva, hållfasta och energitäta material konstrueras för tillämpning i fordonsstrukturer i framtidens el- och elhybridfordon. I projektet ska ett antal olika typer av strukturella batterimaterial utvecklas för effektiv tillverkning och högsta prestanda. Den stora utmaningen ligger i att utveckla litiumpolymermatriser med hög mekanisk styvhet. Problemet är att de bäst ledande litiumpolymererna är s.k. geler med mycket dåliga mekaniska egenskaper. Det finns en mängd olika metoder för att öka dessa litiumpolymerers mekaniska prestanda med liten förlust i elektrisk lagringsförmåga. De mest lovande metoderna är generering av blockpolymerer, skapande av tredimensionella nätverk genom att introducera exempelvis polyakrylater samt att skapa porösa polymermatrissystem som sedan fylls med elektrolytisk gel. Ett tvärvetenskapligt forskarlag inom elektrokemi, polymerkemi, lättviktskonstruktion och materialmekanik har formats under ledning av Professor Leif Asp vid Swerea SICOMP, Europas ledande forskningsinstitut inom området polymerkompositmaterial. Institutets och konsortiets starka koppling till svensk fordonsindustri medger att utvecklingsarbetet och resultaten av detta snabbt når ut och kan omsättas i dess utveckling av framtidens elbilar. Vi ser framför oss hur golvkomponenter, etc. kan konstrueras med dessa material och utgöra stommen i ett kombinerat strukturellt och elektriskt system i framtidens fordon.