Een perfect maakproces voor lithiumbatterijen

Elektrische toepassingen nóg groener? Het startpunt is een perfect maakproces voor lithiumbatterijen

In het maakproces van elektrische auto’s zijn lithiumbatterijen verantwoordelijk voor 50 procent van de CO2-uitstoot. En aan het einde van de productielijn blijkt vijf procent van de geproduceerde batterijcellen niet geschikt voor verder gebruik. Het team van Javad Hazrati wil hier verandering in brengen. “Batterijen zijn natuurlijk een hot topic. De elektrische markt groeit ontzettend. De vraag naar lithiumbatterijen voor zowel de automotive-industrie als voor andere toepassingen, zoals energie-opslagsystemen, neemt in grote mate toe. De batterijproductie moet dus snel opgeschaald worden. En het maakproces zou een stuk groener en duurzamer kunnen.”

De nieuwe generatie batterijen is zuiniger, maar nog niet optimaal

Elektrisch rijden: het klinkt vaak alsof het niet groener kan. Toch is er in het maakproces van de batterij veel ruimte voor verbetering. En ook voor andere ‘groene’ toepassingen gebruiken we vaak batterijen die niet erg duurzaam geproduceerd zijn. “De manier waarop batterijen gemaakt worden, verbetert, zeker, maar we zijn nog niet waar we willen zijn. We gaan naar een nieuwe generatie batterij toe. En de energiedensiteit van deze solidstatelithiumbatterijen wordt al groter: waar het in 2013 nog op 400 euro per kilowattuur uitkwam, hebben we het gelukkig tegenwoordig over 80 euro per kilowattuur. Dit is goede en groene stap in de juiste richting, maar de inefficiëntie van de maakprocessen zelf blijft vaak onvriendelijk voor het milieu.”

Betrouwbaardere batterijen dankzij betere processen

Naast dat vijf procent van de cellen gebrekkig blijkt, schuilt er in de 95 procent die overblijft ook een probleem: er is een grote productvariatie in energiedensiteit van de batterijcellen. De betrouwbaarheid van een batterij komt daardoor in het geding en het brengt de levensduur van een batterij flink terug. De oplossing dan? Een template voor een beter en robuuster proces. “We moeten de fysica achter alle stappen begrijpen om ze vervolgens inzichtelijker te maken. Daarnaast kijken we goed naar de interactie tussen die stappen. Alle processen hebben namelijk een effect op elkaar. En dat willen we kwantificeren. Zo kunnen we de relatie tussen het maakproces en de resulterende microstructuur aan het licht brengen.”

Nul procent productiedefecten als resultaat

Het onderzoek van Hazrati’s team zet in op een verbeterd maakproces, zodat het eindproduct aan de strikte kwaliteitsstandaarden kan voldoen. De focus ligt nu op de volgende generatie solidstatebatterijen. “Het doel is dat we structuurperformancerelaties en de maakprocesstructuur op basis van fysische modellen aan het licht brengen, zodat we het proces zelf kunnen verbeteren. Hier heeft die industrie een boel aan; het biedt namelijk een concreet concurrentievoordeel.”

 

Projectpartners

University of Twente