Een baanbrekende solid-state lithiumbatterij, ontwikkeld door het Europese H2020 Solidify consortium geleid door imec, heeft een indrukwekkende energiedichtheid van 1070 Wh/L bereikt, die de huidige lithium-ionbatterijen met meer dan 25% overtreft. Deze doorbraak belooft een kosteneffectief en aanpasbaar productieproces dat compatibel is met bestaande productielijnen. Het prototype demonstreert verbeterde veiligheid, sneller opladen en minder impact op het milieu door kobalt-zuivere kathodes. Met een verwachte productiekost van minder dan €150 per kWh zou deze innovatie een revolutie teweeg kunnen brengen in batterijen voor elektrische voertuigen, waardoor solid-state technologie dichter bij commerciële levensvatbaarheid komt.
De technologische sprong die het SOLiDIFY-consortium heeft gemaakt, is gebaseerd op het innovatieve gebruik van een gedopeerd gepolymeriseerd ionisch vloeistof (PIL)-gebaseerd nanocomposietmateriaal als vaste elektrolyt. Dit materiaal maakt een unieke vloeistof-naar-vaste stof benadering mogelijk, die cruciaal is voor de verbeterde prestaties en veiligheidskenmerken van de solid-state batterij.
Waarom dit belangrijk is:
Goedkopere en beter presterende batterijen zijn essentieel voor betere elektrische voertuigen. Solid-state batterijen bieden aanzienlijke voordelen op het gebied van veiligheid en energiedichtheid.
Solid-state vs. lithium-ion
In tegenstelling tot traditionele lithium-ion batterijen die vloeibare elektrolyten gebruiken, maken solid-state batterijen gebruik van een vast elektrolytmateriaal. Deze structurele verandering biedt aanzienlijke voordelen, waaronder een hogere energiedichtheid en minder ontvlambaarheid. De vaste elektrolyt laat ionen door, waardoor de accu efficiënt kan opladen en ontladen. Het nieuwe prototype bevat een dunne lithiummetaalanode en een composietkathode met hoge capaciteit, gescheiden door een vaste elektrolytafscheider van 50 μm.
Een van de opvallendste kenmerken van deze doorbraak is het kosteneffectieve productieproces. Het proces kan worden aangepast aan bestaande lithium-ion-productielijnen, wat betekent dat fabrikanten deze nieuwe technologie kunnen gebruiken zonder aanzienlijke kosten voor het aanpassen van de machines. Bij de productiemethode wordt gebruik gemaakt van een solgelreactie, waarbij de overgang van een vloeibare naar een vaste toestand plaatsvindt, wat de integratie van hoogenergetische materialen en geavanceerde elektrode-architecturen vergemakkelijkt.
Verdere voordelen en veiligheid
Veiligheid is een belangrijk aandachtspunt bij batterijtechnologie, en het ontwerp in vaste toestand biedt een verbeterde thermische stabiliteit en vermindert de ontvlambaarheid. De vaste elektrolyt blijft stabiel over een breed temperatuurbereik, van -40 °C tot 300 °C. Deze stabiliteit wordt verder verbeterd door nanometer dunne beschermende coatings, die het gebruik van kobalt-zuivere nikkel-kobalt-mangaan kathodes mogelijk maken. Deze coatings verbeteren niet alleen de veiligheid, maar verminderen ook de milieu-impact door het kobaltgehalte te verlagen.
Kosten en duurzaamheid
Vanuit kostenoogpunt is de nieuwe batterijtechnologie zeer voordelig. De productiekosten zullen naar verwachting minder dan €150 per kWh bedragen, waardoor deze concurrerend is met de huidige lithium-ion batterijen. Bovendien is het proces zo ontworpen dat het milieuvriendelijk is, door een op water gebaseerd celassemblageproces te gebruiken en de CO2-uitstoot te verminderen. Het gebruik van kobalthoudende materialen sluit ook aan bij de duurzaamheidsdoelstellingen om transport koolstofvrij te maken en de ecologische voetafdruk te verkleinen.
In de toekomst is het consortium van plan om deze hoogwaardige batterijtechnologie verder op te schalen. Dit omvat het verbeteren van zowel de energie- als de vermogensdichtheid, evenals onderzoek naar kathodematerialen van de volgende generatie en lithium-metaalanoden via galvanisatie. Bij de samenwerking zijn 14 Europese partners betrokken, wat zorgt voor een allesomvattende benadering van de ontwikkeling en commercialisering van deze innovatieve batterijtechnologie.
