Methodiekontwikkeling voor het fundamenteel onderzoek van hoogenergetische kathodes in lithiumbatterijen

Lithium-ion is de technologie bij uitstek voor toepassingen met oplaadbare batterijen, aangezien de chemie van de Li-ion-elektrode zorgt voor de hoogst bekende volumetrische en gravimetrische energiedichtheid. Sinds de eerste introductie op de markt door Sony in 1991, heeft het ongeveer 20 jaar geduurd om de energiedichtheid te verdrievoudigen van 200 Wh / L naar 600 Wh / L, voornamelijk door verbeteringen in de elektrodeformuleringen. Deze evolutie werd voornamelijk gedreven door de komst van draagbare elektronica zoals de smartphone. In de afgelopen jaren hebben we een stijging van de energiedichtheid gezien met de introductie van nieuwe elektrodematerialen met een hogere intrinsieke Li-ion-opslagcapaciteit. State-of-the-art cellen bereiken tegenwoordig bijna 700 Wh / L. Deze tweede golf van ontwikkelingen op het gebied van Li-ion-technologie wordt aangedreven door de opkomende markt voor elektrische voertuigen. Verwacht wordt dat verdere verbeteringen ons in het eerste deel van de 2020's naar 800Wh / L kunnen brengen. Voor de volgende generatie batterijen, gericht op 1000Wh / L, wordt algemeen aangenomen dat Li-metaalanodes in combinatie met volledig halfgeleiderconcepten nodig zullen zijn. Voor de integratie van de eerste generaties gebruiken we vergelijkbare kathode- en anodematerialen als momenteel gebruikt in natte batterijen. De nadruk ligt op interfacecontrole en mechanische stabiliteit. In een volgende stap zullen lithiummetaalanodes worden overwogen. Dergelijke nieuwe technologieën brengen hun eigen uitdagingen met zich mee en goede inzichten in de celwerking zijn essentieel om deze uitdagingen het hoofd te bieden. Dit werk zal zich richten op de ontwikkeling van experimentele methodologieën om de elektrochemische prestaties van hoogenergetische kathodes te bestuderen. Dunne-filmelektroden en patroonvorming zullen worden gebruikt om het ontwerp van de elektrode te simuleren.