EnergyVille beschikt in het Batterijlab over een unieke infrastructuur om de ontwikkeling van nieuwe batterijchemie en -ontwerp te versnellen.

Lieve De Doncker

Contact

Lieve De Doncker

Business Developer Solar and Storage Materials at EnergyVille/UHasselt
Bart Onsia

Contact

Bart Onsia

Business Developer Solar at EnergyVille/imec
Omschrijving
Technische Toelichting

dry room battery labVeilige, duurzame en goedkope batterijen zijn steeds meer nodig om om te gaan met de toenemende behoefte aan hogere hoeveelheden hernieuwbare energie in de energiemix en met de elektrificatie van de transportsectoren. Ontwikkeling en maturisering van nieuwe batterijtechnologieën (bijv. volledig solid-state, en voorbij Li-ion) is een complex proces en vereist een efficiënte holistische benadering met aandacht voor chemische, verwerkings- en productieaspecten, beginnend vanaf de vroegste ontwerpstadia. In dit opzicht zijn de mogelijkheden voor opschaling van lage-capaciteits coin cells naar hoge-capaciteits pouch cells met meerdere lagen, samen met geavanceerde karakteriseringsmethoden, echte troeven voor een R&D laboratorium voor batterijen. Een dergelijke unieke infrastructuur is beschikbaar in het Batterijlab van EnergyVille om de ontwikkeling van nieuwe batterijchemieën en -ontwerpen te versnellen.

Voordelen

EnergyVille biedt met zijn unieke combinatie van batterijexperts en geavanceerde infrastructuur een state-of-the-art R&D omgeving voor batterijen. Naast een coin cell-lijn heeft het batterijlab een unieke capaciteit voor de voorbereiding van poreuze elektroden tot A4-formaat, met behulp van een reeks geavanceerde meng-, coating- en kalanderapparatuur. Pouch cells van hoge kwaliteit kunnen worden geassembleerd in een dry room van 85 m² met een dauwpunt van -45°C. De dry room herbergt een automatische pouch cell-lijn met een pneumatische snijder, automatische zigzagstapelaar, ultrasoon lasapparaat, pouch sealer en een vacuümkamer om de injectie van de elektrolyt en het opnieuw afdichten na de formatiecyclus te vergemakkelijken. Bovendien is een groep van ex situ en in situ karakterisatietechnieken beschikbaar om de elektrochemische en fysische eigenschappen van de cellen en batterijcomponenten (elektroden en elektrolyt) te beoordelen.

Verwerking van slurry & elektrode:

  • Slurry mixing: planetaire kogelmolen, horizontale kraalmolen, verticale vacuümmixer, planetaire centrifugaalvacuümmixer
  • Desktopcoater (tape casting), geautomatiseerde coater (tape casting & slot-die) met hetelucht-droogkop
  • 30 ton kalanderunit met verwarmde rollen

Pouch en coin-cell assemblage:

  • Coin cell: drukgestuurde coin cell crimper in glove box
  • Pouch cell: halfautomatische pouch cell assemblage in dry room: snijder, zigzagstapelaar, ultrasoon lasapparaat, zijkanten- en tabsealer, vacuümkamer voor elektrolytinjectie

In-situ & ex-situ karakterisering van cell, elektrode of elektrolyt:

  • Elektrochemisch: 8-kanaals batterijcycler (tot 15A), 16-kanaals potentiostaat voor geavanceerde elektrochemische karakteriseringstechnieken (tot 400mA), met koel- en verwarmingskamers, roterende ringschijfelektrode (RRDE).
  • Fysisch / chemisch: helium-pyknometer om de elektrodeporeusheid te meten, vloeistofdichtheidsmeter voor vloeibare elektrolyten, Karl Fischer titrator voor het meten van het watergehalte, in-situ coin cell calorimeter voor thermische karakterisering van een batterij onder belasting, zeta-potentiaalanalysator voor geconcentreerde oplossingen, reometer voor zowel rotatie- als oscillerende reologische tests, gasmassaspectrometer voor in-situ analyse van gassen tijdens de vormingscyclus van batterijen

Toepassingen

Een breed scala aan projecten kan gerealiseerd worden, van de evaluatie van nieuwe batterijconcepten tot de optimalisatie van bestaande technologieën. 

  • Onderzoek en optimalisatie van nieuwe formuleringen voor batterijcomponenten (elektrode, elektrolyt, separator).
  • Demonstratie van nieuwe batterijconcepten en ontwerpen in pouch cells met hoge capaciteit.
  • Gedetailleerde analyse van elektrochemische en thermische signature van cellen
  • Diepgaande analyse van veroudering, foutdetectie en post-mortem analyse
  • Beoordeling van compatibiliteit van nieuwe batterij/componentontwerpen met bestaande industriële batterijproductienormen

Klanten

Producenten van batterijcomponenten

  • Actieve materialen
  • Conductieve additieven
  • Binders
  • Solventen, zouten en elektrolyttoevoegingen
  • Separators en verpakkingsmaterialen

Eindgebruikers van batterijen (bijv. voor residentiële opslag, in elektrische voertuigen):

  • Diepgaande analyse van een batterijontwerp of -chemie voor een bepaalde toepassing
  • Proof of concept en demonstratie van nieuwe batterijontwerpen in pouch cells

 

battery labDe belangrijkste apparatuur in het Battery Lab, samen met hun technische specificaties, worden hieronder samengevat:

Mixen, coating, en drogen
  • Verticale vacuum mixer: 250ml capaciteit, 20,000rpm (6000rpm onder vacuum)
  • Horizontale kraalmolen: molenkamer van 50ml en slurry volume tot 750ml, kraalgroottes van 0.25 tot 1mm
  • Planetaire kogelmolen: 250ml beker, finale fijnheid <1mm
  • Elektrode coater: coating breedte 200mm, mes en slot-die, snelheid van 0.1-1m/min, droogsysteem op basis van hete lucht
  • Kalandering unit: roller breedte 300 mm met verwarmingsoptie (150°C), gecomprimeerde druk van ~1500N/m (30t @ 200mm)
  • Thermische vacuum ovens: 55 liter, tot 200°C en druk tot minder dan 0.01mbar
Coin cell assemblage in met Argon gevulde glove box
Cel assemblage (@ dry room met dauwpunt van -45°C)
  • Elektrodesnijder (snijplotter): pneumatische snijder voor anodes en kathoden met een standaardafmeting van 32*46 en 31*45 mm
  • Z-vouw elektrode/separator stapeleenheid: automatisch oppakken en positioneren van de elektroden van anode- en kathodebakken, automatisch oprollen / afwinden van de separatorrol, pneumatische regeling van de spanning op de scheider
  • Ultrasoon lasapparaat: ~ 20 kHz ultrasoon lasapparaat voor batterijtab
  • Zijkant- en tab sealer voor pouch cells: sealing lengte tot 300 mm
Karakterisering
  • Batterij cycler: 8 kanalen, 0-9V, tot 15A, koel / verwarmingskamers -5 tot 100°C
  • Potentiostaat: 16 kanalen, tot 450mA, 0-20V, 1nA resolutie, 8 kanalen met EIS
  • RRDE: ~ 100-8000rpm, 15ml sample volume
  • Zeta potentiaalanalysator: pH 0-14, tot 60% vastestofgehalte
  • Rheometer: krachtbereik ~ 0,01 tot 50N, hoeksnelheid ~ 10-8 tot 300rad/s
  • Helium pyknometer: gasverplaatsing voor het meten van de porositeit van poreuze elektroden
  • Vloeistofdichtheidsmeter: dichtheidsbereik van 0 tot 3 g/cm³, resolutie van 0,001g/ cm³
  • Gas massaspectrometer: 200amu, <500ms responstijd, gevoeligheid <5ppb, 5,10-15mbar
  • Batterijcalorimeter: in-situ thermische karakterisatie van coin cells tussen -5 en 80°C, 0,1 mW tot 0,5 W-warmtefluxdetectie
  • Karl Fischer titrator: waterdetectie in een bereik van 1ppm tot 5%