Imec, een toonaangevende onderzoeks- en innovatiehub op het vlak van nano-elektronica, energie en digitale technologie, en partner in EnergyVille, presenteert samen met 13 Europese partners een prototype van een lithium-metaal vastestofbatterij voor die een energiedichtheid van 1070 Wh/L haalt. Dat is 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.