Cruciale stap naar volgende generatie batterijen voor elektromobiliteit

Prototype van vastestofbatterij combineert hoge energiedichtheid met kosteneffectief productieproces

Imec, een toonaangevende onderzoeks- en innovatiehub op het vlak van nano-elektronica, energie en digitale technologie, heeft samen met 13 Europese partners een prototype van een lithiummetaal-vastestofbatterij ontwikkeld met een energiedichtheid van 1.070 Wh/L. Dit is aanzienlijk hoger dan de huidige lithiumionbatterijen. De nieuwe batterij kan geproduceerd worden via een proces dat eenvoudig kan worden aangepast aan bestaande productielijnen. Deze ontwikkeling is een cruciale stap naar de volgende generatie batterijen voor elektromobiliteit.

De actieradius van elektrische voertuigen (EV's) is de afgelopen jaren aanzienlijk verbeterd; de nieuwste modellen kunnen je zonder opladen van Brussel naar de Franse zon in Lyon rijden. Maar met de groeiende vraag naar EV’s, groeit ook de urgentie om batterijen te ontwikkelen met een groter bereik en snellere oplaadtijden. Tegelijkertijd is het cruciaal dat deze batterijen betaalbaar blijven, aangezien ze momenteel bijna de helft van de prijs van een EV uitmaken.

De prestaties en betaalbaarheid van elektrische voertuigen hangt af van de materialen die in de batterijen gebruikt worden. Huidige voertuigen rijden op lithiumionbatterijen, een technologie die haar plafond nadert qua energiedichtheid. Samen met materiaalleveranciers en batterijfabrikanten is imec zich daarom jaren geleden gaan richten op vastestofbatterijen. Daarbij bestaat de kern van de batterij – de elektrolyt – uit een vaste stof in plaats van een vloeistof, zoals bij conventionele lithiumionbatterijen. Deze vastestofbatterijen bieden veel potentiële voordelen: een hogere energiedichtheid, minder brandgevaar, snellere oplaadtijden en een langere levensduur. Tot nu toe was het echter moeilijk om de energiedichtheid van lithiumionbatterijen te overtreffen, laat staan ​​massaproductie op een kosteneffectieve manier te realiseren.

Binnen het SOLiDIFY-project hebben imec en 13 Europese partners voor het eerst een prototype van een vastestofbatterij met lithiummetaal ontwikkeld met een uitzonderlijke energiedichtheid van 1.070 Wh/L. De batterijcel werd geproduceerd op de EnergyVille-campus in Genk en dankt zijn hoge energiedensiteit aan een uniek elektrolyt voor het ionentransport, gebaseerd op een gepolymeriseerd nanocomposiet ontwikkeld door imec. Vergeleken met vloeibare elektrolyten heeft deze nieuwe batterij bovendien een verminderde ontvlambaarheid, wat de veiligheid verhoogt. Extra beschermende coatings hebben het gebruik van kobaltarme kathodes dan weer mogelijk gemaakt, wat de milieu-impact vermindert en tegelijkertijd een hogere energiedichtheid biedt.

Het productieproces is mogelijk bij kamertemperatuur, aanpasbaar aan huidige lithiumion-productielijnen en zal naar verwachting minder dan € 150 per kWh kosten, wat mogelijk nog verder geoptimaliseerd kan worden en veelbelovend is voor betaalbare industriële toepassingen. Het project bevindt zich momenteel in de opschalingsfase, waarbij verdere validatie van het productieproces plaatsvindt.

“Hoe de batterij van de toekomst er zal uitzien, is nog een open vraag. Imecs rol bestaat erin om nieuwe wegen te verkennen, technologische grenzen te verleggen en op die manier bij te dragen aan Europa’s ambities rond strategische autonomie in de energiesector. De veelbelovende onderzoeksresultaten in het SOLiDIFY-project vormen een belangrijke stap in die richting”, aldus Bart Onsia, business development manager bij imec/EnergyVille.

Het SOLiDIFY-consortium bestond uit onderzoekscentra imec/EnergyVille (België), Fraunhofer (Duitsland), Centro Richerche Fiat SCPA (Italië) en Empa (Zwitserland); evenals industriële partners VDL Groep (Nederland), Umicore (België), Solith (Italië), SOLVIONIC (Frankrijk), Sidrabe (Letland), Leclanché (Zwitserland), Gemmate Technologies (Italië) en Powall (Nederland). Het project ontving financiering van het Horizon 2020 onderzoeks- en innovatieprogramma van de Europese Unie onder subsidieovereenkomst nr. 875557 en werd gecoördineerd door imec.