Kemiska sektionen

Litium-jon-batterier

Ett litium-jon-batteri är ett uppladdningsbart batteri där litiumjoner rör sig från den negativa elektroden till den positiva elektroden under urladdning och tillbaka vid laddning. Li-ion batterier använder en inlagrad litiumförening som en elektrodmaterial, jämfört med metalliskt litium som används i en icke-uppladdningsbart litiumbatteri. Elektrolyten, som gör det möjligt för jonisk rörelse, och de två elektroderna är de ingående komponenterna i ett litiumjoncell.

Inom vår forskning så fokuserar vi bl.a. på:

Elektriska fordonsbatterier

Li-jonbatterier med de kemier som i dag används i mobiltelefoner och bärbara datorer utvecklas också för att bli det batteri som används i framtidens elbilar (EV) och hybridfordon (HEV). Även för storskalig lagring (t ex lagring av el från vindkraftverk, är litiumbatteriet ett alternativ. Uppskalningen av batteriet innebär ett antal nya utmaningar som måste lösas inom Li-jonbatteriforskningen. Varje ingående kemi (det negativa och positiva elektrodmaterialet och elektrolyten) i batteriet behöver göras billigare, säkrare och i betydligt större kvantiteter än i dag.

I dagens Li-jonbatterier används generellt litiumkoboltoxid som det aktiva katodmaterialet. Uppskalade Li-jonbatterier måste använda betydligt billigare övergångsmetaller än kobolt (Co). Järn är en av de billigaste metallerna som kan användas för tillverkning av litiuminnehållande järnfosfater eller järnsilikater och som tillsammans med grafit som negativ elektrodmaterial kan ge säkra och billiga batterier.

Säkerhet och livslängd är två andra viktiga frågeställningar att lösa för fordonsbatterier. Det är särskilt reaktioner mellan elektrodmaterialen och elektrolyten som man måste förstå och oönskade sidoreaktioner måste stoppas. När elfordon och hybridfordon körs utsätts batteriet för mycket snabbare ur- och uppladdningar än vad som sker i batterier för bärbar elektronik. Att öka livslängden och förstå vad det är som påverkar hur länge man kan använda ett batteri är därför viktigt.

Våra aktiviteter för EV, HEV och storskalig lagring innehåller:

  • Utveckling av nya järnsilikater för den positiva elektroden (se katoder).

  • Utveckling av nya kiselbaserade elektroder för den negativa elektroden (se anoder).

  • Studier av hur olika typer av körcykler påverkar batterier som baseras på olika nya uppskalade katod- och/eller anodmaterial.

  • Ytstudier (XPS) av batterielektroder för ökad säkerhet.

  • Studier av den atomära bulkstrukturen hos elektrodmaterialen för att få ett bättre utnyttjande av materialen.

  • Pilotlinjeproduktion av Li-jonbatterier (finansierad av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse och Energimyndigheten).


Nätverk

Vi deltar i flera nationella nätverk, några är: SHC (Swedish Hybrid Vehicle Centre), Litiumklustret som supportas av Energmyndigheten. FFI-projekt. Vi deltar också i EU FP7 finansierade projekten: HELIOS (koordineras av Renault) och EUROLION (koordineras av TU Delft).