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SI/502460
AFREESSB – Anodenfreie Festkörperbatterien: Von Dünnfilm bis Bulk
Résumé
Ziel des Projekts ist die Entwicklung von Festkörperbatterien mit einer Leistungsdichte von mehr als 1000 W/L und einer Energiedichte von mehr als 800 Wh/L, kombiniert mit schneller Auf- und Entladung, tiefen Entladezyklen, langer Lebensdauer und sicherem Betrieb in einem breiten Temperaturbereich. Potenzielle Anwendungen für diese Batterien sind High-End- und mobile Anwendungen wie Drohnen, Roboter, Luft- und Raumfahrt und urbane Mobilität.
Textes supplémentaires
Schlussbericht
Das Projekt AfreeSSB hatte zum Ziel, anodenfreie Festkörperbatterien (SSBs) mit hoher Leistungs- und Energiedichte durch die Kombination von Dünnschicht- und Volumentechnologien zu entwickeln. Das Projekt war Teil der europäischen M-ERA.NET-Kooperation, die aus drei nationalen Teilprojekten bestand: Schweiz (Empa, Fluxim), Deutschland (FZ Jülich, Aixtron) und Spanien (IREC, AEInnova). In den zwei Jahren des Projekts wurden bedeutende Fortschritte erzielt, insbesondere: • Dünnschichtbatterien: Entwicklung anodenfreier Dünnschicht-SSBs mit NMC811-Kathoden mit Flächenkapazitäten von über 50 µAh/cm² und Spitzenströmen von bis zu 60 mA, die die Leistungsanforderungen für Anwendungen wie industrielle IoT-Geräte (Internet der Dinge) erfüllen. • Bulk-Verbundkathoden: Optimierung von LCO-Verbundkathoden mit einer Oberflächenrauheit von unter 5 µm für eine stabile Integration mit Dünnschichtseparatoren, was zu Kathoden mit einer stabilen Leerlaufspannung führt. • Operando-Charakterisierung: Etablierung neuer Methoden zur Echtzeitüberwachung des Materialverhaltens während des Batteriebetriebs. SE analysierte optische Absorptionsänderungen in Abhängigkeit vom Ladezustand, während Tip-Enhanced Raman Spectroscopy (TERS) die Korngrenzdynamik während der Lithiierung aufzeigte. • Gerätetests: Entwicklung eines Batterietestaufbaus mit Temperaturregelung (5–90 °C) und Lade-/Entladefunktion. Zur Steuerung der Energiespeicherung für industrielle IoT-Anwendungen wurde eine Leistungselektronik mit Maximum Power Point Tracking (MPPT) entwickelt. Das AfreeSSB-Projekt hat das Potenzial von anodenfreien SSBs für Anwendungen mit hoher Energiedichte aufgezeigt. Dünnschichtbatterien sind vielversprechend für IoT- und mobile Anwendungen, allerdings sind weitere Kapazitätsverbesserungen erforderlich. Das Konzept der Volumenkathode in Kombination mit einem dünnen Festelektrolytseparator erfordert weitere Arbeiten, um die Skalierbarkeit und Zyklenstabilität zu verbessern. Die fortschrittlichen Operando-Charakterisierungsmethoden bieten wertvolle Werkzeuge für die zukünftige Batterieforschung. Insgesamt hat das Projekt die Grundlagen für die zukünftige Entwicklung und potenzielle industrielle Anwendungen der SSB-Technologie gelegt. Die Innovationen werden voraussichtlich weitere Forschungen und kommerzielle Anwendungen im Bereich der Energiespeicherung vorantreiben.
Publikationen / Ergebnisse
Eine gute Batterie hat eine hohe Energiedichte und kurze Ladezeiten, ist sicher im Betrieb und hält extremen Temperaturen stand. Festkörperbatterien sind eine neue Generation von Lithium-Ionen-Batterien, die ohne flüssige Komponenten auskommen und viele dieser Eigenschaften in sich vereinen. Ein internationales Forschungskonsortium mit Beteiligung der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa arbeitet an der Entwicklung anoden-freier Festkörperbatterien in Kombination mit Dünnfilmtechnologie. Mögliche Anwendungsfelder sind der industrielle Internet-of-Things-Sektor, mit zusätzlichen potenziellen Anwendungen in mobilen Bereichen wie Drohnen, Robotik, Luft- und Raumfahrt.
Détails du projet
- Office de recherche
- BFE
- Statut du projet
- Abgeschlossen
- Type de projet
- Forschungsprojekt
- Date de début
- 2022-09-30
- Date de fin
- 2025-09-29
- Coûts totaux approuvés
- CHF 328811.00
- Section
- Batterien
- Domaine politique NABS
- Erzeugung, Verteilung und rationelle Nutzung der Energie