Om de energietransitie te versnellen, moeten er betaalbare batterijsystemen met hoge capaciteit en lange levensduur beschikbaar zijn. Voor deze batterijen is het belangrijk om een bulk elektrodemateriaal met hoge capaciteit, zoals silicium, te gebruiken voor dubbelzijdige elektroden. Daarnaast spelen stabiele interfaces een cruciale rol, aangezien de prestaties van de batterij, en met name de degradatie, sterk worden beïnvloed door interne interfaces zoals de elektrolyt-elektrode-interface(SEI).

Stabiele interfaces op pure silicium elektroden

In het FRISBI-project wordt een industriële, schaalbare vacuümgebaseerde verwerkingsmethode ontwikkeld voor dubbelzijdige lithium-ion batterij (LIB) elektroden. Silicium is een veelbelovend elektrodemateriaal voor LIB's, maar het heeft vaak een slechte cycluslevensduur als LIB-anode door interface-instabiliteit. Nadat silicium aan beide zijden van de stroomafnemer is aangebracht, wordt het gecoat via een roll-to-roll (R2R) spatial Atomic Layer Deposition (sALD) proces. Het aanbrengen van een kunstmatige SEI verbetert de cycluslevensduur en verhoogt de energie-efficiëntie van de batterijproductie. Hiervoor wordt een speciaal systeem ontwikkeld voor het verwerken van dubbelzijdige elektroden.

Combineren van PECVD en sALD

FRISBI combineert Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) voor de siliciumdepositie en spatial ALD voor het aanbrengen van een kunstmatige SEI. Het PECVD-proces wordt geoptimaliseerd voor een uniforme dubbelzijdige coating, terwijl voor het sALD-proces een gasgelagerd transportsysteem wordt geïmplementeerd en geoptimaliseerd. Het resultaat is een betrouwbaar roll-to-roll sALD-systeem dat anodemateriaal conformaal bedekt en dubbelzijdige elektroden kan coaten. Er worden materialen ontwikkeld voor de vaste elektrolyt-interface (SEI), zoals aluminium oxynitride, die bestand zijn tegen contact en flexibel genoeg om volumeveranderingen van de elektroden tijdens opladen en ontladen op te vangen.

Kalpana Systems and TU Delft

In het FRISBI-project wordt de expertise op het gebied van webtransport in de R2R ALD-systemen van Kalpana Systems gecombineerd met de kennis van de TU Delft. Waar Kalpana Systems momenteel het enige commercieel beschikbare R2R ALD-systeem met hoge doorvoer ter wereld aanbiedt, beschikt de TU Delft over uitgebreide expertise op het gebied van schaalbare ontwikkeling en elektrochemische analyse van (silicium) anodes, hun degradatie door laad-/ontlaadprocessen en hun kwetsbaarheid voor microscopische schade. De gezamenlijke inspanningen van Kalpana Systems en de TU Delft in dit project kunnen leiden tot de commercieel haalbare oplosmiddelvrije fabricage van LIB-anodes met een hoge energiedichtheid en een verlengde cycluslevensduur.