Kraftfulla batterier med svenska material

Diarienummer: EM11-0028
Start- och slutdatum: 120101-161231
Beviljat belopp: 15 983 170 kr
Förvaltande organisation: Uppsala University
Forskningsområde: Materialvetenskap och materialteknologier

Summary

För att skapa ett nytt effektoptimerat 200 Wh/kg Li-jonbatteri kommer vi att ta fram 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 som arbetar i temperaturintervallet 60-150C. Syftet är att skapa ett batteri som passar för hybridisering av tunga fordon och som utnyttjar kylvattentemperaturen från motorn. Det långsiktiga målet är dessutom att använda jonvätskorna och anodmaterialen för ett säkert och energitätt (>600 Wh/kg) metall-luftbatteri som kan minska material- och batterimängden och 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.

Populärvetenskaplig beskrivning

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.