Högtemperaturlitiumbatterier för fordonstillämpningar

Transkript

1 Högtemperaturlitiumbatterier för fordonstillämpningar Projekt: Högtemperaturlitiumbatterier (HT-LiB): Från grundforskning till fordonsimplementering Tid: (slut) Partners: Chalmers, UU, LU, Scania CV AB (start från diskussion inom Tema 3 SHC) Program: Batterifondsprogrammet Stödsumma: (95%)

2 Syfte och Mål Syfte: Möjliga fördelar med att operera ett LIB vid förhöjd temperatur? (HT = C) Delmål: - Undersöka förenklingar och besparingar fordonsnivå - Utveckla elektrod- & elektrolytmaterial för HT - Testa celler vid HT - Utvärdera livslängd (prediktera?, kallstart?) Material möjligt? Bottom-Up Grundforskning Fordon/systemkonstruktion möjligt? Top-Down Implementering HT-LIB

3 Varför HT-LIBs? HT => ökad dynamik i materialen HT => enklare att kyla HT => bättre masstransport HT => solid-state elektrolyter Högre effektuttag? Snabbladdning? Reducerat kylsystem? Nya material möjliga - IP? Säkrare batterier? HT-LIBs idag? Autolib, SEEO, CERAMATEC, ATL, Sakti3, Toyota,... E: Wh/kg, Wh/l (cell) Ej fokus på E-effektivitet, effekt

4 Resultat: Kort summering HT-LIB på fordonsnivå: - Reduktion i komponentkostnad kylsystem: Ökad energieffektivitet: LIB: 93% => HT-LIB: 98% (HEV Bus) Material: - Polymerelektrolyter: Syntes OK, HT stabila OK, E-kemi Nja - Jonvätskeelektrolyter: HT stabila OK, E-kemi OK, > 300 cykler, hybridisera? - Katod/LFS: Snabb cykling (1C) = OK, Anod/TiO2-nt: Utmärkt! (Produktion?) Cell-tester: - Lågt energiinnehåll (TiO2-nt/LFS), C/5 stabilt, 2C => 63% av C/5 kapacitet - Binders, slurries, fogar, infästningar mycket utvecklingsarbete. - Livslängd? Utbildad personal: - Dr. Gabriel Oltean (UU => Scania) - Dr. Nareerat Plylahan (Chalmers => CEVT => AB Volvo) - Dr. Zhecheng Shao (LU => kinesiskt polymerföretag) Vetenskapliga artiklar: 5+2 st (exkl. conf. proceedings)

5 Resultat: Fordonsimplementering Simulering för HEV Bus Suburban driving cycle Power values /kw HT LiB LIB Mean propulsion power 44* 50 Mean battery power loss 0.9* 0.6 Power consumption compressor 1.1 Power consumption fan 0.8 Power consumption water pump 0.5 Energy efficiency(η) * Supplier derived data

6 Resultat: Material 1 Polymerelektrolyter fast fas - BAB trifas, vissa enjonledare (Li + ) - HT stabila ( C) - OK jonledningsförmåga - E-kemisk stabilitet? Renhet? Sidoreaktioner? Single lithium-ion conducting poly(tetrafluorostyrene sulfonate) polyether block copolymer electrolytes. Zhecheng Shao and Patric Jannasch, Polymer Chemistry, 2017, 8(4), Single-ion conducting copolymers containing polypentafluorostyrene blocks functionalized with lithium N-trifluoromethane sulfonamide groups. Zhecheng Shao and Patric Jannasch, i manuskript augusti 2017.

7 Resultat: Material 2 Jonvätske baserade elektrolyter Pyr och TFSI, rena och hybrider 300 cykler i Li LFP, 4C, CE ca. 100% Ionic liquid and hybrid ionic liquid/organic electrolytes for high temperature lithium-ion battery application N. Plylahan, M. Kerner, D.-H. Lim, A. Matic and P. Johansson Electrochimica Acta, 2016, 216,

8 Resultat: Material 3 Katoder och anoder - LFS: CE 90%, sidoreak => självurladdn. - TiO2-nt: Utmärkt stabilitet, produktion? Q (mah/g) Charge Discharge Efficiency Effieciency (%) Q (mah/g) C/20 C/10 C/5 C/2 C C/2 Charge Discharge C/10 C/5 C/ Cycle number Cycle number

9 Resultat: Cell-test Pouch och knappceller - Li SPE LFP C/10, 150 h => instabilitet - Li JV TiO2-nt C/5-2C, lågt E-innehåll - Många praktiska problem => know-how skapat - Livslängd? Säkrare? Mechanical Stabilization of Solid Polymer Electrolytes through Gamma Irradiation Jonas Mindemark, Adam Sobkowiak, Gabriel Oltean, Daniel Brandell, Torbjörn Gustafsson Electrochimica Acta (2017), 230, Towards Li-ion batteries operating at 80 ºC: Ionic liquid versus conventional liquid electrolytes Gabriel Oltean, Nareerat Plylahan, Charlotte Ihrfors, Wei Wei, Chao Xu, Kristina Edström, Leif Nyholm,, Torbjörn Gustafsson in manuscript September 2017

10 Tack! The team + Pontus Svens & Annika Tidblad (Scania CV AB)