Batterijmaterialen en celproductie

Het batterijonderzoek van EnergyVille bestrijkt het hele toepassingsspectrum van micro naar macro-opslag en biedt kennis en expertise over de volledige waardeketen, te beginnen met de synthese van elektrode- en elektrolytmaterialen, tot geavanceerde karakterisering van batterijen, verouderingsstudies, postmortemanalyses en ontwikkeling van batterijbeheersystemen voor het schatten van de toestand van lading en de gezondheidstoestand. Hier bij EnergyVille werken scheikundigen, natuurkundigen, materiaalwetenschappers en ingenieurs samen om de vele fundamentele en praktische obstakels op weg naar de ontwikkeling van een nieuwe of verbeterde batterijtechnologie te overwinnen. Technologieën die momenteel worden onderzocht zijn lithium-ionbatterijen (LIB), solid-state LIB, natriumion, Li-S en Li-air-batterijen. State-of-the-art faciliteiten en pilootlijnapparatuur bij EnergyVille bieden een grote flexibiliteit om zich aan te passen aan verschillende industriële en academische behoeften.

Synthese

Onze onderzoekers produceren innovatieve kathode- en anodematerialen via een reeks chemische syntheseroutes volgens de gewenste specificaties (opbrengst, deeltjesgrootte, fasesamenstelling, ...). Dit omvat de synthese van de actieve materialen zelf evenals de functionalisering of coating van hun oppervlakken om de chemische compatibiliteit of elektrochemische prestaties te verbeteren. Bovendien effent EnergyVille de weg voor de volgende generatie all-solid-state batterijen, door de conventionele vloeibare organische elektrolyten te vervangen, die inherente veiligheidsproblemen veroorzaken (bijvoorbeeld door hun brandbaarheid en lage ontledingstemperatuur) en het gebruik van hoogspanningselektrodematerialen beperken; en door innovatieve solid-composite elektrolyten te gebruiken met hoge lithiumiongeleidbaarheid (doel 100 mS/cm) door een symbiose van geavanceerde chemie en architecturen. Hoewel de huidige focus van EnergyVille de Li-ion-technologie is, kijken we ook verder en onderzoeken we al actief andere veelbelovende batterijchemicaliën zoals Na-ion, Li-air en Li-zwavelaccu's.

Coating

Voor het testen van de verkregen elektrodematerialen in een batterij, worden de poeders met actief materiaal gecoat als een slurry op metalen stroomcollectorfolies. Traditioneel bevat deze suspensie naast het actieve materiaal ook roet (ter verbetering van de elektronische geleiding door de elektrodelaag), een polymeer bindmiddel (ter verbetering van de mechanische stabiliteit van de elektrodelaag en om een goede hechting aan de stroomcollector te waarborgen) en een geschikt oplosmiddel. Onderzoekers van EnergyVille karakteriseren en optimaliseren formuleringen voor zowel organische oplosmiddelen en op water gebaseerde slurries en passen verwerkingsmethoden en nabehandelingen aan voor meer geavanceerde technologieën. Afhankelijk van de behoeften, biedt onze apparatuur slurrybereiding en -verwerkingmogelijkheden (bijvoorbeeld drogen, kalanderen, ...) van milliliterhoeveelheden tot liters, afhankelijk van wat nodig is voor piloot- en pouchcelproductie.

Celassemblage

EnergyVille biedt faciliteiten voor het samenstellen van verschillende celarchitecturen, waaronder coin cells en pouch cells. Coin cells, samengesteld in onze argon glovebox, zijn ideaal voor het screenen van nieuwe actieve materialen, elektrolyten, additieven en verwerkingsparameters.

Onze industriële pilootlijn voor pouchcellen, gelegen in onze dry room van ongeveer 100 vierkante meter (0,6 ± 0,1% relatieve vochtigheid), biedt de mogelijkheid om de haalbaarheid en opschaalbaarheid van een batterijtechnologie van laboratorium tot markt te beoordelen. Pouch cells van hoge kwaliteit worden geassembleerd met behulp van ultramoderne apparatuur zoals een pneumatische snijder, een automatische zigzagstapelaar en een ultrasoon lasapparaat.

Batterijtesten

Cellen worden grondig onderzocht door verschillende elektrochemische testen (bijvoorbeeld capaciteit, snelheid, levensduur, betrouwbaarheid, elektrochemische impedantie, ...). De resultaten van deze tests vormen een directe feedbackloop voor optimalisatie van materiaalsynthese, verwerking en celassemblage. EnergyVille is in staat om deze tests voor verschillende celarchitecturen (inclusief coin cells en pouch cells) parallel aan elkaar uit te voeren over een langere periode, op een temperatuur naar keuze. Met behulp van post-mortem-analyse, waarbij de cellen worden heropend om de actieve materialen voor verdere analyse terug te winnen, kunnen de verkregen elektrochemische resultaten worden gecorreleerd aan processen die tijdens de cyclus plaatsvinden aan de elektroden. Bovendien worden geavanceerde karakteristieken en in-operando studies uitgevoerd om een uitgebreid beeld te krijgen van de dynamica van chemische en fysische verschijnselen in de batterijen.

Samenwerkingsmodellen

EnergyVille overbrugt de kloof tussen kleinschalige studies en industriële commerciële productie. Industriële en academische partners bundelen hun krachten van fundamenteel onderzoek tot opschaling van studies op onze pilootlijn. EnergyVille is flexibel in het opzetten van win-win samenwerkingsmodellen, maar de meest populaire modellen zijn:

• Pre-competitief onderzoek op lange termijn: deelname aan een industrieel affiliatieprogramma waarbij bedrijven in de waardeketen (materiaal, apparatuur en cel- en moduleproductie en academische partners) hun krachten bundelen om de kosten, het risico en de IP van nieuwe en innovatieve processen en apparaten te delen 
• Korte termijn onderzoek: bilaterale onderzoeksprojecten gericht op het specifieke technologie-ontwikkelingsverzoek van de klant
• EnergyVille verwelkomt industriële bewoners om deel te nemen aan haar onderzoek.