Utvikler norske høyeffektsbatteri av treflis og silisium

Et spennende utviklingssamarbeid pågår mellom forskningsinstitusjonen IFE og det nye Stavanger-baserte teknologiselskapet Beyonder. Med IFEs ledende ekspertise innen nanosilisium kombinert med Beyonders karbonmateriale fremstilt fra treflis, skal de lage en ny type høyeffektsbatteri som er skreddersydd til å glatte ut elektrisk strøm som vindturbiner produserer.

Beyonder og IFEIFE og Beyonder vil utvikle en battericelle kalt litium ion kondensator (LiC) der de kombinerer de gode egenskapene fra superkondensator med fordelene til Li-ion batterier. Fra venstre: Svein Kvernstuen, adm. dir Beyonder, Dmytro Drobnyi, senioringeniør Beyonder, Fengliu Lou, R&D manager Beyonder, Hallgeir Klette, senioringeniør IFE, Samson Lai, postdoc IFE, Alexey Koposov, seniorforsker IFE, Bjarte Magnussen, finans og operasjons dir. Beyonder. Foto: Beyonder.

IFE på Kjeller har jobbet med F&U på silisium som anodemateriale (den negative elektroden i ladbare batterier) og etablerte for litt over et år siden samarbeid med Beyonder. Beyonder hadde da utviklet en patentsøkt prosess for å fremstille høykvalitet aktivt karbonmateriale fra treflis, som ga lovende resultater i deres superkondensatorceller.

Elektriske kondensatorer er viktige komponenter i mange elektriske instrumenter, som filterkretser og forsterkere, og sørger for at ujevn strøm fra for eksempel vindturbiner kan jevnes ut og levere stabil strøm inn på nettet.

Superkondensatorer er brannsikre og har fordelen at de kan lades opp og avgi strøm veldig raskt, med et minimum av energitap og de har veldig mange ladesykler. Men de har begrenset energitetthet, det vil si hvor mye energi per enhet, i forhold til litium-ionebatterier (Li-ion) og har også en utfordring med at de selvutlader litt for raskt.

 

Kombinerer det beste fra to teknologier

Beyonder så imidlertid muligheten for å utvikle en hybrid battericelle kalt litium ion kondensator (LiC) der de kombinerer de gode egenskapene fra superkondensator med fordelene til Li-ion batterier. Ut på våren 2017 tok de kontakt med IFE for å se om deres silisiumanoder kan benyttes i en slik hybrid. Og det kan den virkelig! Resultatene så langt er lovende.

–  De første testcellene vi laget sammen ga gode resulter! Energitettheten til denne nye battericellen var allerede på prototypstadiet bedre enn tilsvarende kommersielt tilgjengelig teknologi. Vi ser etter hvert at vi også klarer å oppnå lovende resultater på både syklisk stabilitet (mange opp- og utladninger), lav indre motstand og ikke minst høy effekt sammen med rask lading, sier Svein Kvernstuen adm.dir i Beyonder.

Li-ion capacitorIllustrasjon over: Li-ion superkondensator (LiC) kombinerer de beste egenskapene fra superkondensatorer med fordelene til Li-ion batterier. Det nye konseptet viser svært lovende resultater i å kombinere materialer utviklet ved IFE med Stavanger-baserte Beyonders superkondensator med aktivt karbonmateriale i katoden. I figuren over er anoden av grafitt, men i prosjektet er dette erstattet med silisium.

 

Også senioringeniør Hallgeir Klette fra IFE har stor tro på å kombinere IFEs ekspertise fra nanosilisium materialer med Beyonders superkondensator med aktivt karbonmateriale i katoden.

–  Vi tar det beste fra superkondensatoren til Beyonder og det beste fra silisiumforskningen til IFE og kombinerer det i et nytt batterikonsept som ikke er på markedet i dag, og vi ser mange områder hvor dette vil fungere bedre enn løsningene som brukes i dag.

Denne typen battericeller er særlig anvendelige i flere industrielle applikasjoner, i første omgang er det markedet for vindturbiner som peker seg ut, der slike høyeffektsbattericeller egner seg godt til å jevne ut strømvariasjonene og optimalisere spenning slik at eiere av vindturbinparker kan levere strøm med høyere kvalitet.

–  Høye effektsvingninger vil generere mye varme i vanlige Li-ion batterier som dermed gir betydelig energitap i forhold til disse nye Li-ion superkondensator-cellene forklarer Hallgeir Klette.

 

Økt levetid for batteriene

I vindparker vil slike battericeller også lades inn og ut mange ganger per dag, dette gjør at den økte levetiden på disse nye cellene er en kjærkommen faktor for denne industrien.

Teknologien har et stort potensial og kan utvikles videre i mange markeder. Andre aktuelle anvendelsesområder inkluderer maritime applikasjoner som supplybåter, tungtransport inkludert lastebil, buss, anleggsmaskiner samt til stabilisering av effekt-topper i strømnettet.

 

–  Vi har lovende resultater så langt, og har tro på dette konseptet. Planene fremover er å videreutvikle teknologien i et nært samarbeid mellom IFE og Beyonder. Samtidig jobber Beyonder med planer om å bygge opp produksjonskapasitet i Norge, forteller Svein Kvernstuen.

Se også oppslag i Teknisk Ukeblad om teknologien

Nytt norsk hybridbatteri skal hente det beste fra to teknologier

 

Ta kontakt for mer informasjon:

 

Fakta/bakgrunnsinformasjon

  • Samarbeidsprosjektet SPLICE står for “Super Performant Lithium-Ion Capacitors for Power Systems”. SPLICE er den engelske ordet for å spleise, og det er nettopp dette som gjøres når en setter sammen disse to teknologiene.
  • Målet er å utvikle norske høyeffektsbattericeller som tar utgangspunkt i råmaterialene treflis og silisium.
  • IFE har mer enn 10 års ekspertise på stabile nanosilisiummaterialer til bruk som anode i litiumionebatterier, og Beyonder har bygget opp ekspertise og teknologi på en aktiv karbon katode laget av treflis til bruk i superkondensatorer.
  • Den nye typen battericeller har også en miljøvennlig oppside sammenlignet med dagens løsninger, som blant annet bruker kobolt. Kobolt er et materiale som har miljømessige utfordringer både med tanke på utvinning og avfallshåndtering.

2018-11-23