Litiumbatterier med dubbel kapacitet
Det är bakgrunden till ett nytt internationellt forskningsprojekt som ska bidra till utvecklingen av solid state-batterier som har hög energitäthet, genom att studera nya batterimaterial med hjälp av kombinerad neutron- och röntgenavbildning.
För morgondagens hållbara batterier behöver lagra mer energi, laddas snabbare och vara säkrare än dagens dominerande litiumjonbatterier, berättar de och förklarar vidare. Solid state-batterier är också litiumbaserade, men har en anod av ren litiummetall och en fast elektrolyt istället för flytande. Dessa batterier ska ha potential att fördubbla lagringskapaciteten samtidigt som säkerheten förbättras. Men en del funktionella utmaningar ska behöva lösas innan storskalig produktion kan börja.
I projektet Advanced neutron imaging for solid-state batteries in action, Anissa kommer forskare från de svenska universiteten i Uppsala och Lund och det tyska universitetet Münster samarbeta med forskningsanläggningarna Helmholtz-zentrum Berlin, HBZ och European spallation source, ESS inom avancerade studier av nya batterimaterial och optimering av solid state-batterier.
– Jag har höga förväntningar på det här projektet, där vi med kompletterande expertiser går samman för att utveckla verktyg för ESS och framtidens batterier, säger Kristina Edström, Professor i oorganisk kemi på Uppsala universitet, och koordinator för det europeiska forskningsinitiativet Battery 2030+ i ett meddelande.
Forskningsprojektet ska pågå i fyra år och har beviljats 1,9 miljoner euro (drygt 20 miljoner kronor) i forskningsanslag. Pengarna kommer från Röntgen-Ångström cluster, RÅC som är ett tysk-svenskt forskningssamarbete inom materialvetenskap med syftet att stärka forskning som använder neutroner och synkrotronröntgen.
Anissa ska kombinera neutron- och röntgenavbildning. Dessa två experimentella tekniker ska komplettera varandra och vara mycket lämpliga för batteriforskning, även om de tidigare sällan använts för detta ändamål. Vid batteristudier kan en del av röntgenavbildningens begränsningar övervinnas med neutronavbildning, främst på grund av den höga känsligheten för litium.
– Den unika kombinationen av röntgen- och neutrontomografi ger helt nya insikter om förhållandet mellan materialets 3D-struktur och 3D-distribution av litium, vilket gör att vi bättre kan förstå exakt hur batterimaterialets struktur påverkar litiumtransport och lagring, säger Ingo Manke, chef för Imaging group på HZB i meddelandet och fortsätter:
– Det här möjliggör utveckling och förbättring av nya material för solid state-batterier, som anses vara en av de mest lovande batterityperna för framtiden.
Anissa ska möjliggöra studier av batterisystem under realistiska driftsförhållanden. Projektet ska inskaffa en bärbar röntgenkälla för avbildning i hög upplösning, som inledningsvis kommer att användas för forskning vid neutronkällor i drift och senare installeras i ESS avbildningsinstrument Odin. Detta ska möjliggöra tidiga forskningsresultat på ESS, redan innan anläggningen börjar leverera neutroner för forskning.
– Att Odin-instrumentet kompletteras med en röntgenkälla gör att ESS inte bara kommer att flytta fram gränserna för forskning inom batteriteknik, utan även inom många andra områden, såsom medicinska implantat, byggmaterial och kulturarv, avslutar Robin Woracek, ESS Instrument scientist meddelandet.