I konkurransen om å framstille bedre litiumionebatterier, er det ett tema som ligger langt framme på enhver FoU-stabs pult: Silisium.
– Det minner om statusen solceller hadde for fem–seks år siden. Alle jobber med dette. Universiteter, forskningsinstitutter, batteri- og bilprodusenter. Du er rimelig ukul hvis du ikke har en silisiumaktivitet, sier seniorforsker Torbjørn Røe i Elkem til Teknisk Ukeblad.
Elkem vil være en av gjengen. Selskapet jobber nå med å skreddersy en portefølje av silisiummaterialer til bruk i litiumionebatterier.
Elkem jobber tett med flere aktører og kan blant annet vise til positive labtester hos en av samarbeidspartnerne, det japanske forskningsinstituttet AIST.
Håpet er å kapre kommersielle kunder som også jobber med noe av den samme teknologien.
Les også: Om tre år kommer hybridbilen som kjører på luft
Volumendring
Det vanlige anodematerialet i dagens litiumionebatterier er grafitt.
Mens grafitt har et kapasitetspotensial på 372 milliamperetimer (mAh) per gram, har silisium et teoretisk potensial på rundt 4200 mAh/g.
– Grafittanoden er i dag utviklet så langt at det ikke er stort mer å hente. Å framstille en bedre anode er avhengig av et annet materiale. Her er silisium en meget god kandidat. Jeg er overbevist om at høysilisiumanoder vil komme. Det må nesten skje. Et annet spørsmål er hvor stort markedet blir og når, sier Røe.
Med et ladepotensial i anoden ti ganger så stort, hvorfor har ikke verdens batteriprodusenter for lengst kastet seg over silisium?
Vanskeligheten som må overvinnes er volumendring, 400 prosent når litiumet går inn og ut.
Uten tiltak vil silisiumstrukturen ødelegges (mekanisk/kjemisk knusing), reagere med elektrolytten og føre til altfor rask reduksjon av ladekapasiteten.
Elkems samarbeidspartnere i AIST hevder nå å ha kommet seg rundt disse problemene. Teknologien røpes ikke i detalj, men et sentralt punkt i tillegg til spesialtilpasset silisium skal være et videreutviklet polyimidmateriale som «binder»/bindemiddel.
Les også: Her er en serieprodusert brenselcellebil
Silgrain e-Si
Under navnet Silgrain har selskapet levert silisium til halvlederindustrien i 30 år. Elkems dedikerte silisium til bruk i battericeller kalles Silgrain e-Si og produseres på silisiumverket i Bremanger.
– Vi utvikler ikke egen batteriteknologi, det er utenfor vårt forretningsområde. Vi lager silisium som er best mulig for prosessen som våre samarbeidspartnere jobber med. Det vi jobber med er størrelse, kornfordeling, struktur og selvsagt også kjemi, forklarer Røe.
Ved siden av AIST fører Elkem dialog med flere av verdens ledende produsenter av litiumionebatterier og tilknyttet teknologi, med forskjellige tilnærminger til hvordan silisiumutfordringene skal løses.
Nanofiber
Én metode flere jobber med, Røe kaller det «Stanford-teknologien», handler om å gro nanofiber fra silangass. En annen metode er å krydre karbonanoden med silisiumpartikler, og slik øke kapasiteten noe.
Hvor stabil anode man klarer å lage, avhenger av teknologi og hvor stor del av teoretisk kapasitet til silisiumet man utnytter.
Battericellene som AIST og Elkem har utviklet, består på anodesida av 80 prosent silisium, 15 prosent «binder» og resten karbon og har litiumjernfosfat (LiFePO4) på katodesida.
Anoden har vist seg å ha en stabil kapasitet på 2000 mAh/g.
– Cellene er i stand til å lades opp til 70 prosent kapasitet på seks minutter (10C), så dette ser både lovende og spennende ut, sier Røe.
Les også:
– Folk har mistet interessen for elbil
