Aktiva material och råvaror

På RISE arbetar vi med nya kemier för olika typer av batterier, både konventionella litiumjonbatterier och högspännings-litiumjonbatterier, natriumjonbatterier, solid-state-batterier, dubbla jonbatterier och superkondensatorer. Våra forskare har expertis inom att rena och karakterisera aktiva material, syntetisera grafitiska strukturer från biobaserade och andra alternativa råvaror och av att belägga katodmaterial med ledande koladditiv (kimrök, grafen, grafenoxid).

Våra innovations- och utvecklingsteam har erfarenhet inom ett brett spektrum av kemier för elektrodmaterial, såsom litiummanganoxid (LMO), litiumnickelmanganoxid (LNMO), litiumjärnfosfat (LFP), litiummanganjärnfosfat (LiMn0.3Fe0.7PO4, hög-spänningsversion av LFP) Litium-nickel-mangan-kobolt-oxid (NMC 622, NMC 811, NMC 532) och litium-nickel kobolt aluminiumoxid (NCA).

Dessa aktiva material framställs med hjälp av hydrotermiska metoder, fällningsmetoder, sol-gel- och solid-state-metoder i upp till 1 kg skala.

Inom anodutvecklingen ligger mycket av fokuset på nästa generations högkapacitets-anod-teknologier, som kisel/kol, kisel eller kiseloxidbaserade anoder, för att förbättra cellernas energitäthet. Våra forskare har specialiserat sig på att rena och karakterisera naturlig grafit, syntetisera grafitiska strukturer från biobaserad råvara som lignin och cellulosa, och ledande koladditiv (kimrök, grafen, grafenoxid) från biobaserad råvara.

Vi är specialiserade på att utforska alternativa råvaror, allt från återvunnet material, nya bioraffinaderiprodukter, substitution av komponenter som bindemedel, jonomerer, etc., via t.ex. karbonisering och grafitisering av biomassa, mot mer hållbara alternativ, och design av alternativa elektrodmaterial, inklusive hårdkol för Na-jonbatterier.

Nya biobaserade bindemedel är särskilt intressanta, och vi utforskar olika alternativa bindemedel baserade på lignocellulosa, substitution av konventionella redoxmaterial, jonomerer och separatorer mot mer hållbara alternativ. På RISE beaktar vi alltid hela värdekedjan i våra projekt, och vi arbetar med projekt som sträcker sig från materialleverantörer i början av- till cell-/batteritillverkare i längre ned i värdekedjan.

När man utvecklar framtida generationers VOC-fria, icke brandfarliga och hållbara batterier med hög spänningsstabilitet och hög jonledningsförmåga, spelar valet av och egenskaperna hos en elektrolyt en avgörande roll, eftersom de påverkar batteriets livslängd, säkerhet och elektrolytens förmåga att transportera litiumjoner. Anta att du vill förbättra prestandan för dina battericeller. Då kommer våra experters specialkunskaper inom formulering och karaktärisering av reologi, fysikalisk-kemiska och elektrokemiska egenskaper hos elektrolyter och inom utveckling av lämpliga tillsatser för fasta elektrolyter, separatorer och biobaserade bindemedel, biobaserade redoxmaterial baserade på lignin för pseudo-superkondensatorer och superkondensatorer väl till pass.

Vi kan hjälpa till med optimering av befintliga formuleringar men jobbar även aktivt på att ersätta PFAS med biobaserade alternativ baserade på joniska vätskor, eller med utveckling av syntes, uppskalning och formulering av fasta elektrolyter för solid state-batterier.

I och med att vi nyligen fått tillgång till robotiserad och automatiserad elektrolytformulering och system för cellsammansättning kan kostnad och tid för system minskas, och reproducerbarheten kan förbättras. RISE kan idag erbjuda automatiserade system för normal atmosfär och ett system för inert atmosfär är på planeringsstadiet.

Vi har under flera år arbetat med robotisering och under de senaste åren har vi utvecklat en unik robotplattform, Poseidon (videolänk), för att utforska nya material för battericeller. Vårt nuvarande fokus ligger på vattenbaserade LIB:er med vatten-i-salt (WiSE) elektrolyter för att öka spannet för potentialen vid drift för vattenbaserade system. Screening för elektrolytkandidater för andra vattenbaserade batteriteknologier, såsom Zn, Na och Ca, och screening med organiska elektrolyter är också möjlig. Poseidon-systemet är också lämpligt som testbädd för att utvärdera automatiserade arbetsflöden för cellscreeningsändamål.

Med en omfattande infrastruktur av instrument och värdefull och relevant expertis inom utveckling och testning av aktiva material för battericeller finns förutsättningarna för att täcka behoven av kemisk, fysikalisk-kemisk och ytkarakterisering. Teknikerna täcker nano- till mikrometerskala och erbjuder verktyg för att utvärdera och förstå egenskaperna hos de aktiva materialen som utvecklas.

Tekniker som är väsentliga för att utveckla aktiva material är t.ex. RAMAN-mikroskopi, röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS), röntgen- och röntgentomografi, svepelektronmikroskopi- eller transmissionselektronmikroskopi (SEM och TEM), atomic force microscopy (AFM), small and wide angle XRAY diffraction (SAXS/WAXS) och kärnmagnetisk resonans (NMR).