Light weight polymer composites for sustainable batteries
- Reference number
- RMA11-0012
- Start and end dates
- 120801-170930
- Amount granted
- 31 989 275 SEK
- Administrative organization
- Uppsala University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Highly focused experimental and theoretical efforts will be made to develop a new class of high energy density, light weight, organic matter based electrodes for Li ion batteries (LIBs) tuned for applications requiring extremely good cycling life, eco friendliness and low cost/low CO2 footprint /up-scalable production. These include propulsion of -and internal energy supply in- vehicles, the future smart grid requiring local production and energy storage, and the management of intermittent renewable energy sources. Aided by ab initio and DFT calculations, high capacity electroactive carbonyl groups will be selected, synthesised and anchored to a composite substrate consisting of an electroactive polymer and a nanostructured cellulose (which today forms the basis of the algae battery). The electrodes will be characterized and assembled to LIBs in the pilot production line of one of the collaborators for further testing by the automotive and grid industry. All aspects relevant for implementation, including IPR and up-scalability are considered. The composites developed herein should meet with requirements on performance and sustainability that are powerful enough to provide the energy needed for automotive and grid applications also when the presently developed inorganic LIBs no longer are competitive because of a production process that is steadily increasing in cost and energy consumption due to the diminishing mineral resources (Co, Mn, Ti..) such batteries rely on.
Popular science description
Det finns ett enormt behov av att utveckla långsiktigt hållbara, lättvikts, högkapacitets energilagringssystem för en rad tillämpningar nödvändiga för att vi skall kunna behålla vår moderna livsstil samtidigt som utvecklingsländerna hinner i kapp utan att äventyra klimatet för framtida generationer. Dessa inkluderar framdrift av och intern energiförsörjning i fordon, bärbar elektronik och nätapplikationer, samt lagringssystem för att bemästra intermittenta, förnybara energikällor. Dagens Litiumjonbatteri (LIB)teknologi är beroende av oorganiska material som förbrukar mineraler tillängliga i begränsad mängd. Dessutom är dagens LIBteknologi förknippat med ett högt ekologiskt fotavtryck på ungefär 70 kg CO2 per kWh. Mot denna bakgrund väcks frågan om dagens LIBs kommer att kunna möta framtida behov av energilagring på lång sikt allt oftare. En stor utmaning för materialforskningen ligger därför i att ta fram långsiktigt hållbara energilagringssystem. Genom att skapa elektrodmaterial för LIBs, baserade på organiskt material från förnybara råvaror som kan produceras och även kasseras i miljövänliga processer, hoppas man kunna skapa hållbara lagringssystem med hög energitäthet för att klara långsiktiga miljömål och en globalt fungerande välfärd. Målet med vårt projekt är att utveckla lättvikts, polymerbaserade hög-energidensitetselektroder med kompatibla polymerelektrolyter för LIBtillämpningar som kräver extremt goda cyklingsegenskaper, miljövänlighet och billig/upskalningsbar produktion. Dessa inkluderar framdrift av -och intern energiförsörjning i- fordon, bärbar elektronik och nätapplikationer samt lagringssystem för att bemästra intermittenta, förnybara energikällor. Med hjälp av teoretiska beräkningar, kommer högkapacitiva, elektroaktiva kabonylgrupper att väljas, syntetiseras och förankras till ett substrat bestående av en elektroaktiv polymer och en nanostrukturerad cellulosa (som idag utgör basen för det såkallade algbatteriet). Elektroderna kommer att karakteriseras och hopfogas till LIBs i en pilotproduktionslina hos en av våra samarbetspartners för påföljande testning. Alla aspekter relevanta för framtida industrialisering, inklusive IPRfrågor och uppskalning av produktion tas i beaktning. Projektet förväntas resultera i batterier som klarar prestanda och hållbarhetskrav som är tillräckligt högt ställda för batterianvändning inom, bland annat, fordons- och nättillämpningar när dagens LIBs inte längre är konkurrenskraftiga.