Europese doorbraak: prototype van vastestofbatterij combineert hoge energiedichtheid met kosteneffectief productieproces

LEUVEN, 19 september 2024 — Imec, een toonaangevende onderzoeks- en innovatiehub op het vlak van nano-elektronica, energie en digitale technologie, en partner in EnergyVille, stelt vandaag samen met 13 Europese partners een prototype van een lithium-metaal vastestofbatterij voor die een energiedichtheid van 1070 Wh/L haalt, veel hoger dan de huidige lithium-ionbatterijen(800 Wh/L). De nieuwe batterij wordt bovendien geproduceerd via een proces dat eenvoudig kan worden aangepast aan bestaande productielijnen. Deze batterij biedt zo een grotere actieradius voor elektromobiliteit en effent het pad naar commercieel betaalbare vastestofbatterijen.

De actieradius van elektrische voertuigen (EV's) is de afgelopen jaren aanzienlijk verbeterd; de nieuwste modellen kunnen je zonder opladen van Brussel naar de Franse zon in Lyon rijden. Maar met de groeiende vraag naar EV’s, groeit ook de urgentie om batterijen te ontwikkelen met een groter bereik en snellere oplaadtijden. Tegelijkertijd is het cruciaal dat deze batterijen betaalbaar blijven, aangezien ze momenteel bijna de helft van de prijs van een EV uitmaken.

De prestaties en betaalbaarheid van elektrische voertuigen hangt af van de materialen die in de batterijen gebruikt worden. Huidige voertuigen rijden op lithium-ion batterijen, een technologie die haar plafond nadert qua energiedichtheid. Samen met materiaalleveranciers en batterijfabrikanten is imec zich daarom jaren geleden gaan richten op vastestofbatterijen. Daarbij bestaat het hart van de batterij – de elektrolyt – uit een vaste stof in plaats van een vloeistof, zoals bij conventionele lithium-ion batterijen. Deze vastestofbatterijen bieden veel potentiële voordelen: een hogere energiedichtheid, minder brandgevaar, snellere oplaadtijden en een langere levensduur. Tot nu toe was het echter moeilijk om de energiedichtheid van lithium-ion batterijen te overtreffen, laat staan om massaproductie op een kosteneffectieve manier te doen.

Binnen het SOLiDIFY-project hebben imec en 13 Europese partners voor het eerst een prototype van een vastestofbatterij met lithium-metaal ontwikkeld met een uitzonderlijke energiedichtheid van 1070Wh/L. De batterijcel werd geproduceerd op de EnergyVille-campus in Genk en dankt zijn hoge energiedensiteit aan een uniek elektrolyt voor het ionentransport, gebaseerd op een gepolymeriseerd nanocomposiet ontwikkeld door imec. Vergeleken met vloeibare elektrolyten heeft deze nieuwe batterij bovendien een verminderde ontvlambaarheid, wat de veiligheid verhoogt. Extra beschermende coatings hebben het gebruik van kobalt-arme kathodes dan weer mogelijk gemaakt, wat de milieu-impact vermindert en tegelijkertijd een hogere energiedichtheid biedt.

Het productieproces is mogelijk bij kamertemperatuur, aanpasbaar aan huidige lithium-ion productielijnen en zal naar verwachting minder dan €150 per kWh kosten wat mogelijk nog verder geoptimaliseerd kan worden en veelbelovend is voor betaalbare industriële toepassingen. Het project bevindt zich momenteel in de opschalingsfase, waarbij verdere validatie van het productieproces plaatsvindt.

“Hoe de batterij van de toekomst er zal uitzien, is nog een open vraag. Imecs rol bestaat erin om nieuwe wegen te verkennen, technologische grenzen te verleggen en op die manier bij te dragen aan Europa’s ambities rond strategische autonomie in de energiesector. De veelbelovende onderzoeksresultaten in het SOLiDIFY-project vormen een belangrijke stap in die richting”, aldus Bart Onsia, business development manager bij imec/EnergyVille.

Het SOLiDIFY-consortium bestond uit onderzoekscentra imec/EnergyVille (België), Fraunhofer (Duitsland), Centro Richerche Fiat SCPA (Italië) en Empa (Zwitserland); evenals industriële partners VDL Groep (Nederland), Umicore (België), Solith (Italië), SOLVIONIC (Frankrijk), Sidrabe (Letland), Leclanché (Zwitserland), Gemmate Technologies (Italië) en Powall (Nederland). Het project ontving financiering van het Horizon 2020 onderzoeks- en innovatieprogramma van de Europese Unie onder subsidieovereenkomst nr. 875557 en werd gecoördineerd door imec.

Voor meer informatie over het project, bezoek www.solidify-h2020.eu.

Downloaden

Over imec

Met meer dan 5.500 medewerkers van overal ter wereld, topwetenschappers en experten in verschillende onderzoeksdisciplines, een zeer geavanceerde R&D infrastructuur, en een uitgebreid partnernetwerk van wereldleiders uit de hightech-industrie, farma, ICT, ... Vlaamse en internationale bedrijven, start-ups, de academische wereld en kenniscentra, is imec ‘s werelds grootste onafhankelijke onderzoekscentrum in nano-elektronica en digitale technologie. Imecs onderzoek omvat geavanceerde halfgeleidertechnologie en siliciumfotonica, oplossingen voor slimme gezondheidzorg, duurzame energie, duurzame mobiliteit en slimme steden, artificiële intelligentie, 5G-communicatie en sensortechnologieën en nog veel meer.

Imec zet zijn expertise en industrieel netwerk ook in om duurzame maatschappelijke impact in Vlaanderen te creëren. Zo ondersteunt imec zowel kleinere organisaties die over beperkte R&D-middelen beschikken als grotere bedrijven in hun innovatieproces. Imec draagt als strategisch onderzoekscentrum en actieve speler in netwerkorganisaties en sectorfederaties bij aan het innovatienetwerk in Vlaanderen door de publieke sector, overheden en bedrijven in Vlaanderen samen te brengen, de uitwisseling van open data mogelijk te maken, en kennisuitwisseling te stimuleren.

Imec heeft zijn hoofdkantoor in Leuven, onderzoeksgroepen verspreid over de Vlaamse universiteiten, in Nederland, het VK en de VS, en vertegenwoordiging in 3 continenten. In 2023 bedroegen de bedrijfsopbrengsten van imec 941 miljoen euro.

Meer informatie: www.imec.be

Imec is een geregistreerde merknaam voor de activiteiten van imec International en geafflieerde entiteiten.