Holland High Tech geeft een subsidie aan Kalpana Systems en de TU Delft voor de ontwikkeling van innovatieve batterijen. Het project is specifiek gericht op de ontwikkeling van stabiele batterijen die gebruik maken van spatial Atomic Layer Deposition (ALD) technologie.
Het gaat om het First Robust Industrial System for Battery Improvement (FRISBI). Het project is één van de dertien projecten die is geselecteerd in de High Tech SME Call van Holland High Tech. Deze call richt zich op de ontwikkeling en toepassing van sleuteltechnologieën. Het initiatief moet de kennisbasis en het R&D-vermogen van kleine en middelgrote ondernemingen (MKB) versterken. Zo kunnen innovaties sneller en effectiever de markt bereiken. Het totale budget voor de High Tech SME Call bedraagt vijf miljoen euro.
Energietransitie versnellen
Het versnellen van de energietransitie vraagt om betaalbare batterijsystemen, die een hoge capaciteit combineren met een lange levensduur. Deze batterijen vragen om een hoogcapacitief bulk-elektrodemateriaal zoals silicium, die dubbelzijdige elektroden mogelijk maken.
Daarnaast spelen stabiele interfaces een cruciale rol. Zo zijn interne interfaces zoals de vaste elektrolyt-elektrode-interface (SEI) van sterke invloed op de prestaties van batterijen en met name degradatie. Kalpana Systems speelt hierop in en zet in op de productie van stabiele, kunstmatige SEI’s met behulp van spatial ALD-technologie.
Stabiele interfaces voor batterijen
Binnen het FRISBI-project werkt Kalpana Systems aan een industriële, schaalbare verwerkingsmethode voor dubbelzijdige lithium-ion batterij-elektroden. Hoewel silicium een veelbelovend elektrodemateriaal is voor LIB’s, is de levensduur van de cyclus vaak beperkt door interface-instabiliteit.
De nieuwe verwerkingsmethode zorgt dat nadat silicium aan beide zijden van de stroomcollector is afgezet deze wordt gecoat via een roll-to-roll spatial ALD-proces. Het gebruik van een kunstmatige SEI verbetert zowel de levensduur van de cyclus als de energie-efficiëntie van de batterijproductie. Kalpana Systems werkt voor dit doel aan een speciaal systeem voor de verwerking van dubbelzijdige elektroden.
PECVD en spatial ALD
Het project combineert de veelgebruikte coatingmethode Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) met spatial ALD. PECVD wordt gebruikt voor siliciumafzetting, terwijl spatial ALD wordt toegepast voor het aanbrengen van de kunstmatige SEI. Het PECVD-proces is geoptimaliseerd voor het garanderen van een uniforme siliciumafzetting aan beide zijden. Een gasdragend transportsysteem wordt geïmplementeerd en afgesteld voor het spatial ALD-proces.
De werkwijze leidt tot een roll-to-roll spatial ALD-systeem dat het silicium anode-materiaal kan coaten en in staat is om dubbelzijdige elektroden te coaten. Materialen voor SEI zoals aluminiumoxynitride zijn ontwikkeld om contactbestendig en flexibel genoeg te zijn voor het opvangen van de volumeveranderingen van de elektroden tijdens het laden en ontladen.
Expertise samengebracht
Het FRISBI-project brengt kennis van Kalpana Systems en de TU Delft samen. Kalpana Systems brengt zijn kennis over webtransport voor roll-to-roll spatial ALD-systemen van Kalpana Systems in. De TU Delft stelt op zijn beurt zijn kennis beschikbaar op het gebied van de ontwikkeling en elektrochemische analyse van siliciumanodes, evenals hun degradatie als gevolg van laad-/ontlaadprocessen en gevoeligheid voor microscopische schade. De partijen hopen samen te komen tot de commerciële productie van oplosmiddelvrije lithium-ion-batterijanodes met een hoge energiedichtheid en een langere levensduur.
Het FRISBI-project is een van de 13 projecten die zijn geselecteerd in de Holland High Tech SME Call van Holland High Tech. Holland High Tech is de topsectororganisatie voor hightech systemen en materialen. Het coördineert publiek-private samenwerkingen tussen bedrijven, kennisinstellingen en de overheid. Het High Tech SME Call-programma van Holland High Tech is specifiek gericht op kleine en middelgrote ondernemingen. Het biedt onder meer financiering voor het overbruggen van de kloof tussen innovatief onderzoek en commerciële markttoepassing. Zo wil Holland High Tech de technologische vooruitgang in heel Nederland bevorderen.
Foto: Dean Simone via Pixabay
