High-energy anode-free batteries
- Reference number
- FFL24-0190
- Project leader
- Zhang, Leiting
- Start and end dates
- 250901-300831
- Amount granted
- 15 000 000 SEK
- Administrative organization
- Uppsala University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Aviation, the second-largest contributor to greenhouse gas emissions after road transport, accounts for 13.9% of transport emissions. Li-ion batteries, which rely on carbon anodes and liquid electrolytes, fall short of the energy and safety requirements for electric aviation. This project aims to develop anode-free lithium batteries with much higher energy densities and improved safety, potentially transforming the electric aviation landscape. The project will couple high-throughput liquid electrolyte screening with advanced operando characterizations to reveal the mechanism behind the formation of a robust passivation layer on anode current collectors. An operando stress monitoring system using non-destructive acoustic emission sensing will be developed to detect internal stress changes in anode-free batteries. The knowledge and tools gained will be applied to fundamentally understand chemomechanical degradation processes in anode-free solid-state and liquid/solid hybrid batteries. Prototype anode-free pouch cells will be developed and tested in urban air mobility (UAM) applications, such as electric vertical takeoff and landing (eVTOL) drones. If successful, both the methodology and technology advancements could significantly enhance Sweden’s long-term competitiveness in the electromobility sector, reducing aviation’s environmental impact, and driving further innovation and progress in the field.
Popular science description
Flyget står för 13,9 % av de globala transportutsläppen, vilket understryker det akuta behovet av mer hållbara lösningar inom denna sektor. De nuvarande kommersiella batterikemierna som främst bygger på kolbaserade anoder och flytande elektrolyter, uppfyller inte de strikta energikrav och säkerhetskrav som är nödvändiga för elektrisk luftfart. Dessa begränsningar utgör betydande utmaningar i strävan att elektrifiera flygplan, eftersom flygets energibehov vida överstiger andra transportmedel. Detta projekt fokuserar därför på att utveckla anodfria litiumbatterier med avsevärt högre energitäthet och förbättrad säkerhet, vilket potentiellt kan förändra förutsättningarna för elektrisk luftfart. Om det lyckas kan dessa avancerade batterier driva nästa generations urbana luftmobilitetsapplikationer (UAM), såsom elektriska vertikalstartande och landande (eVTOL) flygplan, och därmed avsevärt minska flygets miljöpåverkan. För att uppnå dessa ambitiösa mål kommer projektet att utveckla och använda robotassisterad elektrolytscreening i kombination med avancerade operando-analys för att förklara mekanismerna som styr bildandet av ett robust passiveringsskikt på anodens strömuppsamlare. Detta passiveringsskikt är avgörande för stabiliteten och livslängden hos anodfria batterier eftersom det förhindrar oönskade reaktioner som kan äventyra batteriets prestanda. Dessutom kommer operando-övervakning av mekanisk spänning att utvecklas för att upptäcka interna förändringar i anodfria batterier. Att förstå dessa dynamiken bakom spänningsfördelningen i elektroden är avgörande för att kunna förutsäga batteriets livslängd och säkerhet. De insikter och verktyg som tas fram kommer att användas för att ge en omfattande förståelse av kemomekanisk nedbrytning i anodfria fastfas eller flytande/solida hybridbatterier. Höjdpunkten i denna forskning blir utvecklingen och testningen av prototyper av högenergianodfria batteriprototyper i UAM-applikationer. Genom att hantera de nuvarande begränsningarna inom batteriteknologin för flygindustrin har detta projekt potentialen att revolutionera branschen. Om det lyckas kan framstegen inom både metodik och teknologi väsentligt bidra till utvecklingen av Sveriges långsiktiga konkurrenskraft inom elektromobilitetssektorn. Detta kan inte bara stärka Sveriges position som ledare inom hållbar transport utan också inspirera till ytterligare innovation och framsteg på området.