Silicium anode voor Li-Ion-batterij

8 april 2018, 00:00
Het poreuze silicium-anodemateriaal (foto: LeydenJar Technologies).
Het poreuze silicium-anodemateriaal (foto: LeydenJar Technologies).

Betere en compactere opslag van energie is de heilige graal voor technologische doorbraken in een aantal sectoren. Zo zijn bijvoorbeeld de verdere ontwikkeling van elektrische auto’s en draadloze elektronica sterk afhankelijk van het beschikbaar komen van batterijen met grotere capaciteit en langere levensduur. Maar de prestaties van de huidige lithium-ion batterijen (Li-Ion) verbeteren jaarlijks slechts marginaal.

Bottleneck

De bottleneck zit in de anode (minpool) van de batterij, die gemaakt is van grafiet, een materiaal met een beperkte capaciteit om lithium-ionen te binden. LeydenJar Technologies (voortgekomen uit ECN) heeft de anode van grafiet vervangen door een anode die volledig uit silicium bestaat. Dat resulteert in een batterij waarin de anode (het huidige knelpunt) een tien keer grotere capaciteit heeft, wat op zijn beurt leidt tot een verbetering van de energieopslag met 50%.

Probleem met silicium

Silicium heeft echter één groot probleem: het materiaal zet sterk uit bij het laden en krimpt weer bij ontladen, waardoor het broos wordt en breekt. Dit maakte silicium onbruikbaar als anodemateriaal. Slechts heel kleine hoeveelheden silicium konden in het grafiet worden bijgemengd. LeydenJar heeft het krimpen en zwellen van het silicium volledig weten op te vangen door de anode een specifieke poreuze structuur te geven, waardoor het als een spons werkt. Deze vinding komt voort uit het zonnecelonderzoek van ECN.

Uniek productieproces

Bij de vinding van LeydenJar wordt de productietechnologie van dunnefilm-zonnecellen toegepast op de anodeproductie. Daartoe is een Plasma Enhanced Chemical Vapor Depositing-machine (PECVD) zodanig aangepast dat de vorm en porositeit van silicium-‘zuiltjes’ direct op de anode-koperfolie kan worden gecontroleerd. Deze aanpak verschilt van de traditionele coating van de anode, waarvoor een mengsel van actief materiaal, bindmiddel en andere componenten in een kapitaalintensief proces vereist zijn.
De PECVD-machine gebruikt een roll-to-roll depositieproces waardoor de silicium anode in een continu fabricageprocédé kan worden vervaardigd.

Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items