Simon Leijonmark - Energimyndigheten

Report
Strukturella kompositbatterier för
energieffektiva fordon
Simon Leijonmarck
[email protected]
Projektinformation
KOMBATT-II
Projekttid: 2013-11-27 – 2017-11-26
Huvudsökande: KTH
Övriga parter: LTU, Chalmers och Swerea SICOMP
Stödsumma: 24 Mkr
Projektinformation
KTH
3 professorer och 3 doktorander
LTU
1 professor, 1 biträdande lektor och 1 doktorand
Chalmers
1 professor och 1 kommande postdok
Swerea SICOMP
1 professor och 1 postdok
Bakgrund – Behov av lättare fordon
-
Ett effektivt sätt att sänka energiförbrukning i fordon, speciellt i stadstrafik,
är viktreduktion
-
Genom att anamma fiberkompositmaterial, istället för metaller, kan stora
viktbesparingar göras.
Bakgrund – Behov av lättare fordon
-
För att ta viktbesparingarna ytterligare en nivå behöver multifunktionella
material användas
-
Strukturella batterier är ett sådant koncept, där materialen både lagrar
energi samt bär en mekanisk last.
www.dn.se
Litiumjonbatteri
Li+
PF6-
e-
PF6-
Li+
Li+
PF6-
e-
Li+
Li+
PF6Li+
PF6Li+
e-
Li+
PF6PF6-
Li+
Positiv elektrod
Li+
Negativ elektrod
Litiumjonbatteri
Li+
PF6-
e-
PF6-
Li+
Li+
PF6-
e-
Li+
Li+
PF6Li+
PF6Li+
e-
Li+
PF6PF6-
Li+
Positiv elektrod
Li+
Negativ elektrod
Kolfibern som elektrodmaterial
Singelfibercykling av IMS65
Direkt jämförbart med grafit som
elektrodmaterial (teoretisk
kapacitet: 372 mAh/g)!
C/2
C/20
Mekanisk prestanda efter laddning/urladdning
Implikationer av de strukturella egenskaperna
Strukturellt batteri
Konventionellt batteri
Kolfibrer
Strömtilledare
Strömtilledare
Positivt
elektrodmaterial
Elektrodmaterial
Vätskeelektrolyt
Fast
polymerelektrolyt
Elektrolyttjocklek
30 µm
30 µm
Effektiv konduktivitet
0.7 mS/cm [1,2]
1.5 µS/cm [3]
Resistans vid 1 mA/cm2
4 mV
2V
[1] T.B. Reddy, Linden's Handbook of Batteries, McGraw-Hill (2011)
[2] P. Arora, Z.M. Zhang, Chemical Reviews, 104 (2004) 4419-4462
[3] M. Willgert, M.H. Kjell, E. Jacques, M. Behm, G. Lindbergh, M. Johansson, European Polymer Journal, 47 (2011) 23722378.
Fasta polymerer som elektrolyt
1E-05
Conductivity
10000
E′
1000
1E-07
100
1E-08
10
1E-09
1
1E-10
0.1
0
20
40
60
crosslinking monomer A [%, w/w]
80
log E′ [MPa], 20 °C
log [S·cm-1]
1E-06
A:
Difunktionell monomer
B
:
Monofunktionell monomer
Exempel på lösningar för strukturella batterier
Lager-på-lager-metoden
3D-metoden
Kolfibrer
Strömtilledare
Positivt
elektrodmaterial
Strömtilledare
Elektropolymerisering på kolfibrer
Obelagd fiber
Belagd fiber
100-700 nm tjockt
Li-joninnehållande
Sammanfattning och framtid
-
Både kolfibrer och fasta polymerer har visat sig fungera i batterimiljö
-
Ett flertal konceptuella designer för strukturella batterier har tagits fram
-
Projektet kommer fortsätta att utveckla, utvärdera och testa material för
strukturella batterier
-
Slutmålet: En komplett strukturell battericell

similar documents