Energi og miljø

Cenate – Centrifuge Nano Technology: Silisiumanoder til Li-ionebatterier

Prosjektet går ut på å bygge om Dynatec-reaktoren for å ha mulighet til å produsere flere typer nanostrukturert silisium og kompositt-materialer av silisium og karbon til bruk i Li-ionebatterier. Det er støttet av EnergiX-programmet i Norges Forskningsråd.
Kontakt

Klette, Hallgeir

Senioringeniør

 

Dagens litium-ionebatterier må øke kapasiteten for å muliggjøre en større rolle i overgangen til mer fornybar strømproduksjon i energimiksen, og blant annet lengre rekkevidde for elbiler. Dette kan oppnås ved å delvis erstatte karbon i anode-delen av batteriet med silisium. De metodene som til nå har vist seg mest lovende for å oppnå dette har vært ved bruk av nanostrukturert silisium i form av nanotråder, nanorør eller andre former for nanostrukturer. Problemet med bruken av denne typen nanostrukturer er at de er kostbare og tidkrevende å fremstille i laboratorier, og er derfor ikke gode kandidater for bruk i storskala kommersiell batteriproduksjon. I Dynatec-reaktoren på IFE er det mulig å produsere nanostrukturert silisium i høy hastighet i en sentrifuge, til en langt lavere kostnad enn andre metoder for produksjon av nanomaterialer. I Cenate prosjektet skal det bygges en spesialtilpasset prosess basert på Dynatec-reaktoren der man skal produsere nanostrukturert silisium og karbonkompositter til bruk i Li-ionebatterier. Hvis man lykkes med konseptet vil man øke kapasiteten til dagens Li-ionebatterier med opptil 40% uten at kostnadene til batteriproduksjonen øker nevneverdig. Materialet som produseres er tilpasset dagens verdikjede for batteriproduksjon for å kunne oppnå så kort vei til kommersialisering som mulig.

I dagens Li-ionebatterier brukes det karbon i anoder. Bruk av silisium og komposittmaterialer av karbon og silisium kan øke kapasiteten til anode-delen av batteriet med opptil 10 ganger. Det er imidlertid en utfordring at silisium er sprøtt, og knekker opp under opp- og utladning. Ujevn oppsprekking fører til rask degradering av materialets evne til å ta opp litiumioner. Det finnes mye forskning som viser at nanostrukturer av silisium er i stand til å kombinere høy kapasitet med lang levetid. Bruk av nanostrukturer er også sentralt for å oppnå god nok transport av Li-ioner. Disse strukturene er imidlertid kostbare og tidkrevende å produsere. Dynatec-reaktoren har i andre prosjekter vist at man kan øke veksthastighetene med opptil 40 ganger i forhold til andre metoder. Det er også vist at det er mulig å produsere nanostrukturert silisium i Dynatec-reaktoren.

Dette prosjektet går ut på å bygge om Dynatec-reaktoren for å ha mulighet til å produsere flere typer nanostrukturert silisium og kompositt-materialer av silisium og karbon til bruk i Li-ionebatterier. Selskapet Cenate har kjøpt rettighetene for å bruke Dynatec-reaktoren til produksjon av disse materialene. Silisiumet skal produseres gjennom termisk dekomponering av monosilan, og karbonet skal tilføres i fast stoff eller som gass. Prosjektet er et samarbeidsprosjekt mellom Cenate, Dynatec Engineering, Institutt for energiteknikk, Dynatec og Dynatec SMV, og er støttet av EnergiX-programmet i Norges Forskningsråd.

Dynatec sentrifugereaktor

Sentrifuge-reaktoren til Dynatec vil i dette prosjektet bli brukt til å produsere nanostrukturert materiale for Li-ionebatterier.

2016-08-03 Trygve Tveiterås Mongstad / Marte Orderud Skare