Batterier och bränsleceller för en bättre miljö Årsrapport 2000

Transkript

1 Batterier och bränsleceller för en bättre miljö Årsrapport 2000 Vision över lokal övervakning av distribuerad energigenerering Koncept från Ericsson för framtida mobilsystem Atomiserat nickel metallhydridpulver från Höganäs Metanol bränslecellssystem vid Volvo Teknisk Utveckling J U NGNER C ENTER RR 1

2 Innehållsförteckning Del 1 Programchefen har ordet sid 4 Alternativa och kompletterande energilösningar i Sverige sid 5 Kortfattade projektbeskrivningar Delprogram 1, LPB: sid 7 1. Koncept sid 7 2 Tillverkning och karakterisering av polymerer och polymerelektrolyter för LPB sid 8 3. Glaselektroder sid 9 4. Molekylär karakterisering av polymerbaserade elektrolyter. sid Anod-syntes, -karakterisering och halvcells tillverkning sid Katod-syntes, -karakterisering och halvcells tillverkning sid Helcell sid Systemstudier inkluderande miljöanalys sid 14 Delprogram 2, SPFC: 1. Analys av ett bränslecellssystem sid Livscykelanalys av EV/HEV system sid Stackutveckling och uppskalning av celler och MEA sid Hydrodynamik i SPFC sid Syntes och elektrokemisk karakterisering av elektroder och MEA sid Tillverkning och karakterisering av bränslecellsmembran sid Modifiering av Nafionmembran och in situ studium av den katalytiska processen sid Molekylär karakterisering av membran sid 22 Delprogram 3, NiMH: sid Legeringsutveckling. sid Elektrod och cellutveckling. sid Utveckling av nya hydridmaterial baserade på övergångsmetall-vätekomplex. sid 24 DEL 2 Styrelse och ledningsgrupp sid 25 Ekonomisk redovisning sid 26 Framträdanden på vetenskapliga konferenser sid 27 Vetenskapliga publikationer under året sid 32 Kontaktpersoner, adresser sid 38 2

3 Del 1 Programchefen har ordet Vi håller på med rätta grejer! Under året som gått har större insatser gjorts för att informera externt programkonsortiet om forskningsprogrammet och dess resultat. Efter drygt halva programperioden har en hel del konkreta resultat kommit fram. Förutom rent vetenskapliga rön av hög internationell klass börjar också hårdvara i form av nyutvecklade, egna cellkonstruktioner materialiseras. Filosofin har varit att när vi väl har något att visa, en pryl att hålla i handen, är det mycket enklare att föra fram ett budskap. Höjdpunkten på informationsinsatserna var industridagen i Göteborg den 23 augusti. Drygt 80 utvalda personer från svensk industri kom och erbjöds tillfälle att i direkta samtal resonera med våra forskare. Samtalen ägde rum under otvungna former i samband med en skärmutställning där verksamheten presenterades i fyra olika block. Tre block gällde resultaten från forskningen runt de tre komponenterna litium polymer batterier, nickel metall-hydrid batterier och polymera bränsleceller och ett fjärde systemstudier med ovan komponenter ingående i ett större sammanhang såsom i drivlinor till hybridfordon. Tillsammans med forskarna fanns också representanter från de olika industrierna som ingår i program-konsortiet på plats vid skärmarna för att berätta om sina insatser i programmet. Förutom skärmutställning och demonstration av en hybrid-buss från Volvo berättade Ragnar Fast från Volvo Lastvagnar i plenum om deras vision av miljövänliga drivlinor i sina produkter och visade hur våra insatser passade in i denna vision. Lars Öjefors från Industrifonden belyste problematiken med att i Sverige ta ett forskningsresultat till en kommersiell produkt. Slutsatsen från dagen var att teknikområdet är hett, att det är av vital betydelse för svensk industri och dess fortsatta internationella konkurrenskraft. Samtidigt finns det också ett stort gryende intresse från industrin och samhället i stort. En bidragande orsak är naturligtvis den massiva information som kommer från den internationella forskningen och utvecklingen inom området. Nästan dagligen kan man bla. läsa om nya demonstrationer av hybrid-fordon med nyutvecklade batterier och bränsleceller. Behovet av att sprida kunskap om moderna elektrokemiska kraftkällor är således stort. Kortsiktigt finns ett behov av rena konsult- och rådgivningsinsatser i samband med att speciellt mindre företag önskar prova den nya tekniken i sina tillämpningar. En god möjlighet i den riktningen har nu öppnats tack vare ett nyligen taget beslut i Uppsala Universitets ledning. Josh Thomas forskningsgrupp har från årsskiftet bytt namn till: Ångström Advanced Battery Centre. 3

4 Jag tror att vi går en mycket spännande framtid tillmötes. Vi håller på med rätta grejer som jag inledde med och som också är budskapet i den följande temaartikeln om den stationära energimarknaden. Bertil Nygren, programchef ( To be or not to be, that s the question? ) Alternativa och kompletterande energilösningar i Sverige Den elektriska energiförsörjningen i Sverige är internationellt sett mycket bra. Huvuddelen av produktionen utgörs av stora centrala vattenkrafts- och kärnkraftsanläggningar. Energilager i form av vattenreservoirer och ett väl utbyggt transmissionsnät, som medger alternativa transportvägar av kraft till en slutkund, ger en hög säkerhet. Billig energi genereras i kombinerade el- och värmeanläggningar. Det mesta ser bra ut men något håller på att hända. Politiska beslut har tagits att stänga av kärnkraften och ett kraftverk har redan fasats ur. Avregleringen av kraftmarknaden har skett. Elförbrukningen stiger dock stadigt och kravet på hög tillförlitlighet ökar. Kommunikations-samhället, där datorn blivit en dagligvara i all verksamhet, bidrar till den utvecklingen. Energiformen: elektricitet har visat sig oslagbar i både bekvämlighet och effektivitet. Tack vare uppgraderingar under de senaste årtiondena av både vatten- och kärnkraftverken och import av el har försörjningen kunnat tillfredställas. Importen av el samtidigt som kärnkraft stängts av har i realiteten också inneburit att CO 2 -utsläppen ökat globalt sett. Trenden är trots allt att det kommer att bli brist på elkraft i framtiden. Ny kraft måste tillföras samhället. Nya storskaliga produktionsalternativ kommer att ha svårt att hävda sig framförallt pga. höga investeringskostnader och långa tider för tillståndsgivningar. Miljöhänsyn blir allt viktigare. Ny vattenkraftsutbyggnad och ny kärnkraft är för dagen osannolik. Vilka möjligheter återstår? 4

5 Ett tänkbart tillskott till den svenska stationära energiförsörjningen utgörs av småskaliga lösningar, av lokala produktionsenheter från några kw upp till några MW. Teknologier som minivatten -, sol- och vågkraftverk samt bränslebaserade mikrogasturbiner och bränsleceller och olika former av energilager har nu fått en möjlighet att komma till användning. Teknikutvecklingen på andra områden såsom inom kraftelektronik, styr- och reglerteknik samt elektriska isolermaterial har tillsammans bidragit till att tiden nu är mogen för lokal energiproduktion. El och värme, alternativt kyla, kan lönsamt genereras på den plats där den konsumeras utan onödiga transfereringar med förluster som följd. Avregleringen av energimarknaden möjliggör att många aktörer kan sälja produkten energi. En fri konkurrens borgar för att slutkonsumenten kommer att erhålla billigare och säkrare energileveranser. Mycket talar för att småskalig kraft slår igenom av både kostnads- och miljöskäl. Tag bränsleceller som ett exempel. Kraftfulla satsningar inom fordonsindustrin förväntas driva ned kostnaden för tillverkning av el från sk. polymera bränsleceller till 50$/kW att jämföra med 500$/kW för dagens små dieselkraftverk. Miljardsatsningarna har redan gett resultat och nivån 500$/kW nås inom något/-ra år. Bränslecellstekniken är dessutom mycket miljövänlig. Den är tyst och genererar, beroende på bränsleval, inga eller små nettobidrag till utsläpp av växthusgaser. På liknande sätt har bla. nya materialutvecklingar inom vind- och solkraft bidragit att dessa nu också utgör realistiska kompletteringar till den befintliga svenska stationära energiinfrastrukturen. (Bilden visar morgondagens möjligheter att utnyttja små decentraliserade kraftkällor) Förutom ovan nämnda egenskaper finns också andra argument som talar för att småskaliga energilösningar kommer. - Moduliserbarhet, genom att lägga till eller dra ifrån någon enhet kan behoven matchas - Korta ledtider från beslut till färdigställande, mindre risker för överstora kapacitetsinvesteringar - Bränsleflexibilitet minskar riskerna vid fluktuationer i bränslepriset 5

6 - Säkerhet och robusthet, tillgång till flera olika källor minskar sannolikheten att alla falerar samtidigt, är i regel enklare att reparera, kortare stilleståndstider - Lokal samhällelig utveckling stimuleras, egna lokala bränslelösningar och kontroll möjliggörs Slutsatsen är att energibranschen kommer att erbjuda många intressanta affärsmöjligheter för svensk industri. Den svenska liksom den globala marknaden är gigantisk. Den rådande uppfattningen är att nya små kraftverk, under nivån 5MW, kommer att byggas på sammanlagt cirka 14 GW/år (14 miljoner kilowatt årligen!) i världen de närmaste åren. Marknaden förväntas dessutom öka med mer än 50% inom en tioårs period. I en sådan boom finns det plats för de flesta tänkbara teknologier, det är bara att ta för sig. Harry Frank, Forskningschef ABB Corporate Research Delprogram 1: Litium-Polymer Batterier, LPB Produktion av litium polymer batterier har fortsatt att öka under det gångna året och LPB kan börja anses som en etablerad teknologi. I slutet av året fanns det en handfull tillverkare sysselsatta med verklig massproduktion, och ett stort antal utvecklingsföretag och stora företag ligger fortfarande i startgroparna. Ericsson som varit en av pionjärerna inom teknikområdet använder regelmässigt LPB till nya produkter. Även allt fler andra tillverkare av mobil konsument elektronik har börjat använda denna teknologi. Med klart definierade kravspecifikationer och fungerade produktion har teknologiutvecklingen tagit fart. Det finns dock fortfarande stort utrymme för vidare utveckling och optimering av systemen. Generellt för Li-jon systemen gäller att parametrar som säkerhet och lågkostnads alternativ är av stort intresse. I och med att marknaden mognar så kommer troligtvis andra applikationer bilar, avbrottsfri kraft, hybridfordon, etc. få större möjligheter att utnyttja teknologin. Detta kommer innebära ytterligare möjligheter och utmaningar för batteriutvecklarna. Inom programmet har även fortsättningsvis en helhetssyn på LPB systemet antagits. Samarbetet mellan delprojekten ökar och viss fokusering gällande tillverkning av prototypceller har skett. De första cellerna har också levererats till Ericsson för initial utvärdering. Prototypbyggandet kommer fortsätta under det avslutande året och kommer successivt inkludera en ökande andel egenutvecklat material, samtidigt som förståelsen för både komponenterna så sådana liksom för hela systemet kommer ökas. Mats Wolf, Ericsson Mobile Communications AB 1. Koncept Under 2000 har de olika resultat från Lithium Battery -delen av MISTRA programmet äntligen kombinerats att producera våra första batteriprototyper baserade på svensk (Woxna) grafit och lithiummangan spinel. En mindre serie batterier har gjorts med kapacitet 100mAh. En serie konceptceller har också gjorts att möjliggöra uttestning av olika komponentvariabler i cellerna. Utgångspunkten för både prototyp- och konceptcellerna har varit de samma. I konceptcellerna har de ingående komponenterna modifierats och optimerats en i taget. Proceduren är speciellt tillämpbar när bara mindre mängder av ett nytt material är tillgänglig under 6

7 en tidig utvecklingsfas. Ett antal demonstrationsceller visades under Industridagen i Göteborg, bl. a. ett något primativ walkie-talkie system med våra celler som kraftkälla. Projektmedlemmar: Mats Wolf, Ericsson Mobile Communications AB Doc. Torbjörn Gustafsson, UU Prof. Bengt Wesslén, LTH Dr. Göran Lindbergh, KTH Doc. Per Jacobsson, CTH Prof. Josh Thomas, UU 2. Tillverkning och karakterisering av polymerer och polymerelektrolyter för LPB Polymerelektrolyten en av de viktigaste komponenterna i LPB. Polymerelektrolytfilmen måste bl a vara tillräckligt mekaniskt stabilt för att fungera som separator mellan anod och katod i batteriet, och ha en hög jonledningsförmåga. I vår forskning har vi koncentrerat oss på polymergelelktrolyter. Polymerens uppgift är här att bilda en gel tillsammans med elektrolytlösningen, dvs salt och lösningsmedel. Projektet omfattar förutom syntes av nya ympsampolymerer, karaktärisering av polymerer och polymergelelektrolytsystem. Exempel på frågeställningar som behandlas inom programmet är samspelet mellan molekylstruktur, fysikaliska egenskaper, fasegenskaper och morfologi för kombinationen polymer/lösningsmedel/salt och det elektrokemiska uppträdandet i batteriapplikationen. En typ av nya polymerer som utvecklats visas i en schematisk bild nedan. De är funktionella ympsampolymerer och består av en metakrylatpolymerkedja (i svart) som bär på dels fluorerade sidokedjor (rött), och dels på sidokedjor av polyetenoxid (blått). Polymererna tillverkas genom sampolymerisation av makromonomerer vilket gör att polymerstrukturen lätt kan förändras genom att t ex olika kedjelängder på makromonomererna väljs. I polymergelelektrolyten bildar de fluorerade sidokedjorna aggregat som stabiliseras av polyetenoxidkedjorna i gelen, och jonledningen sker i fasen som bildas av elektrolytlösningen och polyetenoxidkedjorna. Under 2000 har mycket arbete inriktats på att, tillsammans med våra partners, optimera polymerstrukturen för att uppnå hög jonledning och goda gelegenskaper. 7

8 makromonomerer ympsampolymer sampolymerisation Beredning av polymergelelektrolyt aggregat av fluorerade sidokedjor elektrolytlösning Projektmedlemmar: Prof. Bengt Wesslén, LTH Dr. Patric Jannasch, LTH Patrik Gavelin, LTH, doktorand 3. Glaselektroder Nya förbättrade elektrodmaterial med hög energitäthet är av stor betydelse för möjligheten att tillverka nya effektiva mikrobatterier. De lovande tennbaserade glasmaterialen uppvisar en energitäthet på över 600 mah/g och 2200 mah/cm 3. Glas har fördelen att man enkelt kan variera den molära sammansättningen för att optimera önskade egenskaper, tex. optiska, elektriska och mekaniska. Vidare är glaser lätta att tillverka både i tunna skikt och som bulkmaterial samt är kemiskt stabila över stora temperaturintervall. Dessa egenskaper hos glaser, tillsammans med stor inneboende mikroskopisk fri volym samt möjligheten till hög jonledningsförmåga, gör dem attraktiva att använda som elektrod och elektrolytmaterial. Det glas som nu är aktuellt, och som potentiellt har mycket hög kapacitet, innehåller tennoxid som den elektrokemiskt aktiva komponenten. I tennbaserade material bildar litium legeringar med tennet under cyklingen, vilket ger en oönskad volymsutvidgning. Det övriga glasnätverket hjälper till att kompensera för denna volymutvidgning som annars kan leda till krackelering av anodmaterialet. I den första elektrokemiska cykeln förlorar de tennbaserade elektroderna en stor mängd irreversibel kapacitet. Förklaringen till denna förlust har ännu inte kunnat ges än så länge vilket begränsar möjligheten att optimera materialen. Syftet med projektet är att förstå de bakomliggande mikroskopiska orsakerna till förlusten av kapacitet och att med den kunskapen skräddarsy nya material med optimerade egenskaper. På Chalmers utför vi spektroskopisk karakterisering av elektroder från olika stadier under upp och urladdningskurvan. Genom dessa laserspektroskopiska och kompletterande röntgen och neutronmätningar samt datorsimuleringar har vi funnit att valet av glasformare spelar en stor roll för cyklingsförmågan hos tennanoderna. Hos vissa glasformare tenderar litiumjonerna att bryta ner glasnätverket och under nedbrytningsprocessen förbrukas en del litium vilket även bidrar till den irreversibla kapaciteten. 8

9 Exakt vad som händer när litiumet går in i glasanoden är ännu inte helt klarlagt. Det är en viss skillnad i cyklingsmekanism beroende på de glasformare som använts. Vi har hittat samband mellan den mikroskopiska sammansättningen hos dessa glasformare och den irreversibla kapaciteten under första cykeln. Genom att ändra glasets sammansättning har vi börjat kartlägga vissa delar av processen samt fått en förståelse för vilka materialegenskaper som är av betydelse för en god cyklingsförmåga. I figuren nedan visas strukturen, framtagen med hjälp av neutronspridningsmetoder kombinerat med datormodellering, av ett tennglas med god cyklingsförmåga. Detta ger en god förhoppning om att i framtiden kunna skräddarsy nya glasmaterial med optimerade egenskaper för effektiva mikrobatterier. O Sn B ( Del av atomikonfiguration för ett SnB 2 O 4 glas framtagen med neutronsprindingesexperiment samt datormodellering.) Projektmedlemmar: Prof. Lars Börjesson, CTH Cecilia Gejke, CTH, doktorand 4. Molekylär karakterisering av polymerbaserade elektrolyter. I det här projektet undersöker vi på Chalmers hur själva elektrolyten och dess gränsytor mot elektroderna uppför sig på molekylär nivå. Till vår hjälp har vi en mångfald av experimentella tekniker, bland annat ljusspridningstekniker som Raman och fotonkorrelations-spektroskopi. Dessutom använder vi IR-spektroskopi, NMR, neutronspridningstekniker och datorstödda beräkningar. Dessa tekniker ger tillsammans information både om hur joner och molekyler rör sig samt om materialens struktur. Strukturen och växelverkan mellan de minsta beståndsdelarna i ett batteri är det som ytterst bestämmer ett batteris prestanda. Växelverkan i elektrolyten och elektroderna bestämmer t.ex. hur många gånger ett batteri kan laddas, hur stora energiförlusterna blir samt uppladdningstider och urladdningstider. Mobiliteten hos de olika komponenterna i en gelelektrolyt är av största vikt för elektrolytens förmåga att transportera jonerna. I ett försök att studera detta närmare i gelelektrolyter (APGE-typ) tillverkade på LTH har vi använt NMR. I figuren nedan ser vi mobiliteten hos de två lösningsmedlen i elektrolyten, gbl (tv) och EC (th) som en funktion av längden på sidokedjorna på polymeren. Från dessa mätningar kan vi se att gbl (tv) varken påverkas av att vi tillsätter salt till systemet, eller av att vi ändrar polymeren. Mobiliteten för EC (th) däremot påverkas drastiskt både av salttillsatts och 9

10 av ändring av polymerstrukturen. Detta är en intressant iaktagelse eftersom vi här ser att gbl inte verkar interagera med de övriga komponenterna i systemet, och vi kan då misstänka att det finns någon form av mikro-fasseparation. Vi kommer att titta vidare på detta genom att mha NMR göra diffusionsmätningar på gelerna för att se hur diffusionen av EC, gbl, katjoner och anjoner påverkas av förändringar i polymerstrukturen. T2 (ms) salt free with salt T2 (ms) saltfree with salt number of EO units Number of EO units ( 1 H T 2 relaxation for gbl as a funcion of # of EO units) the no of EO units in the side chains ( 1 H T 2 relaxation for EC as a function of # of EO units) the no of EO units in the side chains Projektmedlemmar: Josefina Adebahr, CTH, doktorand Dr. Denis Ostrovskii, CTH Tf Prof. Per Jacobsson, CTH 5. Anod-syntes, -karakterisering av halvcellstillverkning Flera olika typer av material kan användas som anodmaterial, däribland grafit och andra kolmaterial, metall-legeringar och glaser. Dessa skiljer sig åt när det gäller mekanismer för litium-transport, kapacitet och cyklingsstabilitet. Studier av dessa olika typer har genomförts och en djupare förståelse över hur de olika materialen fungerar under upp- och urladdning har vuxit fram genom samarbeten med bl.a. CTH, som står för arbetet med glaser. Denna förståelse ligger till grund för att vidare modifiera och optimera anodmaterialen. I kommersiella batterier idag används främst kolbaserade material. Vi har här valt att studera grafit från en svensk gruva (Woxna, Tricorona AB) och optimera den. Tidigare resultat, där en renad grafit med en kornstorlek <80 µm användes, var lovande. Detta är dock en relativt stor kornstorlek, vilket leder till dålig kinetik (litiumjonerna får längre väg att transporteras) och sämre kapacitet. Vi har fokuserat på att minska kornstorleken, utan att förstöra partiklarna. Ursprungspulvret maldes med en speciell teknik där partiklarna med hög fart kolliderar och klyvs. Detta resulterade i pulver med en stor del av kornen <15 µm. Dessa har visat en betydligt högre kapacitet och bättre kinetik. Denna grafit är nu fullt jämförbar i prestanda med annan kommersiell naturlig grafit. Den i halvceller optimerade grafiten kommer nu att överföras till konceptceller. Val av elektrolyt gentemot grafiten har visat sig påverka dess prestanda, och en studie av olika elektrolyt/gel-sammansättningar i grafit-halvceller har genomförts i samarbete med KTH och Lund. Erfarenheter från dessa studier kommer också att användas i arbetet med konceptceller. 10

11 (Woxna grafit från gruvan till batteri från vänster: rå grafit, renat pulver, elektrod, batteri) Projektmedlemmar: Prof. Josh Thomas, UU Doc. Kristina Edström, UU Doc. Jan Lindgren, UU Linda Fransson, UU, doktorand 6. Katod-syntes, -karakterisering av halvcellstillverkning Som katodmaterial i litium-jon-polymer-batterier kan man använda ett stort antal olika föreningar. Det har visat sig att övergångsmetalloxider fungerar allra bäst. Materialen fungerar elektrokemiskt i olika potentialområden, mellan 3 och 4 V mot litium, och karaktäriseras av olika kapacitet, stabilitet och temperaturkänslighet. Dessa ämnen har studerats och litium-manganoxid har valts som det mest lovande alternativet, mycket tack vare sina miljövänliga och ekonomiska fördelar gentemot övriga material. En djupare förståelse för hur materialet fungerar vid extrema förhållanden och med olika elektrolyter har åstadkomits genom sammarbeten med CTH och KTH. Denna kunskap är viktig för att kunna förbättra materialets egenskaper vid extrema temperaturer och potentialer. Det är på ytan av en elektrod som de elektrokemiska reaktionerna sker, följt av diffusion in i partiklarna. Det är därför av yttersta vikt att man förstår vilka mekanismer som sker och vilka produkter som bildas i interaktionen mellan katod och elektrolyt. Om man dessutom höjer temperaturen och därmed ökar kinetiken kan oönskade sidoreaktioner utgöra en säkerhetsrisk i batteriet. Vi har med ytkänsliga tekniker studerat vad som sker i ytskiktet mellan litium-manganoxid katoden och olika elektrolyter. Vi har dessutom undersökt temperaturens inverkan på materialet. Olika elektrolyter ger upphov till olika sidoreaktioner. En studie av olika elektrolyt/gel-sammansättningar i LiMn 2 O 4 halvceller har genomförts i samarbete 11

12 med KTH och Lund. Erfarenheter från dessa studier kommer även att användas i arbetet med konceptceller. (LiMn 2 O 4 kristaller i en matris av bindemedel och kolpartiklar, kompositkatod). Projektmedlemmar: Prof. Josh Thomas, UU Doc. Torbjörn Gustafsson, UU Tom Eriksson, UU, doktorand 7. Helcell Målet med delprojektet Helcell är att kunna simulera ett mobilelefonbatteri i drift. Detta för att kunna förutse hur ett batteri bör utformas för att ge en bra prestanda, och inte förlora för mycket spänningen vid strömuttag. Hur skall ett optimalt batteri vara utformat? Genom simuleringar kan ett batteri optimeras med avseende på spänningsfall och funktion. I simuleringarna ingår de viktigaste fysikaliska processerna, se figur nedan, som sker i batteriet vid ur- och uppladdning. 12

13 Dubbelskiktet => ms-ms + _ Elektrokemisk rea ktion => ms-ms Diffusion => timmar e - Strömfördelning Li + - e Jonledning =>resistans Diffusion =>timmar-dygn (Bidrag till ett batteris totala spänningsfall under drift samt bidragens olika karakteristiska tidskonstanter.) För att ta reda på dess parametrar har b l a. flera metoder för elektrokemisk karakterisering av olika material som använts i litiumbatterier utvecklats. De resulterande parametrarna har sedan använts som indata till simuleringarna av mobiltelefonbatterier. Studier har exempelvis visat att jonledningen i batteriets elektrolyt ofta minskar dramatiskt under 10 C. Det leder till större spänningsfall, vilket resulterar i att elektroderna måste göras tunnare. Ett annat exempel är att då batteriet innehåller en gelbaserad elektrolyt så finns risk att elektrolyten torkar ut under drift vid den ena elektroden, vilket är mycket kritiskt för batteriets prestanda. Projektmedlemmar: Dr. Göran Lindbergh, KTH Anna-Karin Hjelm, KTH, doktorand Peter Georén, KTH, doktorand 8. Systemstudier inklusive miljöanalys Ericsson Mobile Communications har fortsatt med uppbyggnad av kompetens gällande användning av Li-polymer batterier för telefonapplikationer. Utvecklingen har gått raskt framåt under året och utvärderingen av diverse olika LPB system har fortsatt. Viss del av denna kunskap har kunnat användas som referensmaterial till programmet, kanske framför allt till prototypcellsbyggandet. De första prototyp cellerna från programmet har dessutom levererats och en initial utvärdering av dess 100 mah celler har startats. Dock har ännu ej några resultat därifrån erhållits. På miljösidan presenterades den rapport som genomfördes under 1999 dels på årsmötet inom LPB-programmet, dels på den Batteridag som anordnades inom programmets regi. Denna studie, Environmental aspects of small rechargeable batteries, beskriver långsiktiga miljöaspekter för nuvarande och möjliga framtida batterikoncept samt ger riktlinjer för beslutsprocessen för framtida produkter, och är baserad på samhällsekologiska principer för bärkraftighet. Projektmedlemmar: Mats Wolf, Ericsson Mobile Communications AB Stefan Tillmann, Ericsson Mobile Communications AB Helena Tillborg, HT Miljöfysik 13

14 Delprogram 2: Polymera bränsleceller, SPFC 1. Analys av ett bränslecellssystem Ett samarbete för utveckling av en teoretisk bränslecellsmodell (samarbete mellan avdelningarna Tillämpad Elektrokemi (TEK) och Energiprocesser) startades under våren. Syftet var att resultatet från detta arbete ska användas för jämförelse av använda bränslecellsmodeller samt verifiering av mätdata från bränslecell i lab. skala från TEK. För projektets fortsatta verksamhet gjordes en kursändring, med fokusering på systemanalyser med enbart vätgas som drivmedel. Följande studier har utförts/påbörjats under året: en undersökande studie av olika lagringsmöjligheter av vätgas ombord på en elbil samt göra en modell av vätgaslagring, både komprimerad vätgas och vätgas i vätskeform, som i senare skede ska implementeras i existerande bränslecellsmodell. Detta arbete avslutades i oktober 2000 med en artikel med namn On-board Hydrogen Storage for Fuel Cell Vehicles. ett arbete som påbörjades under hösten 2000 är en jämförande studie av prestanda och bränsleförbrukning för ett vätgasdrivet bränslecellsfordon (både passagerarbil och buss ingår) relativt ett förbränningsmotordrivet fordon av samma tjänstevikt. Olika körcykler ingår också i studien. Under hösten har också kontakt tagits med nationella företag och internationella institutioner, för att få nödvändiga indata till modellen. Dessa kontakter bestod i: kontakter med företag och institutioner som Opcon Autorotor (för data för skruvkompressorer), Volvo and Scania (för data för passagerarbilar och bussar), VTI, MTC och LTH (för information om körcykler). två besök gjordes i månadsskiftet november/december, dels till Fraunhofer Institute Solare Energiesysteme i Freiburg, Tyskland, dels till Loughborough University, Storbritannien. En vital komponent i ett bränslecellssystemmodell är ju själva bränslecellsmodellen och vid Fraunhofer Institute, diskuterades möjligheterna till samarbete för utveckling av sådan modell i närmaste framtiden. En något mer till systemnivå relaterad diskussion hölls vid Loughborough University och en case study såsom bench-mark test av bränslecellssystemmodeller från KTH och Loughborough diskuterades. 14

15 Luft KompressorUppfuktare Värme Strömriktare PEMbränslecellsstack El Vatten El. motor Kylsystem H 2 - tank Uppfuktare ( Drivlinan för ett vätgasdrivet bränslecellsfordon. ) M Luft Kompressor Purge Uppfuktare Luft Kondensor H 2,vatten Pump Bränslecellsstack Luft Radiator Luft, vatten Kondensor Uppfuktare Vatten Luft Avgas H 2 Re-circulation of hydrogen Vatten Pump Fläkt Pump (Exempel på systemutformning) Projektmedlemmar: Ass. Prof. Per Ekdunge, Volvo TU Kristina Johansson, KTH, doktorand Monika Råberg-Hellsing, Volvo TU Dr. Per Alvfors, KTH Kylvatten 2. Livscykelanalys av EV/HEV system Projektet startade med att en livscykelanalys gjordes på en bränslecellsbil använd i Sverige och rapporterades i en Excel baserad modell. Livscykelanalys är en teknik för bedömning av miljöaspekterna och potentiella miljöeffekter förknippade med en produkt. Slutsatsen från den första analysen var att de lokala miljöfördelarna med bränslecellstekniken behövde utredas mer noggrant, samt att analysen skulle göras på en bränslecellsprodukt som var närmare en marknadsintroduktion. En viktig del av analysen var att utvärderingen skulle göras ihop med troliga kundgrupper av produkten. Under året planerades och startades en projekt ihop med trafik- och 15

16 miljökontoret i Göteborg för att utvärdera miljöeffekterna av en introduktion av bränslecellsbussar i Göteborg Tre lokala miljöaspekter ansågs extra viktiga att modellera och utvärdera. De tre var, möjliga bullerminskningar, minskade emissioner av partiklar och NOx. Göteborgs miljökontors luftemissionsmodell kommer att användas för att beräkna luftföroreningsminskningar pga. av minskade mängder lokala emissioner från bränslebussar i jämförelse alternativ fordonsteknik. Koncentrationsförändringar av föroreningshalterna kommer att kombineras med befolkningsuppgifter för Göteborg för att få personexponering av föroreningar. Med hjälp av personexponering kan en utvärdering göras av miljöförbättringen för Göteborgs befolkning. Resultatet kommer att utvärderas genom att undersöka hur kostnadseffektiv en introduktion av bränslecellsbussar är i jämförelse med andra alternativ Göteborg för att uppnå samma miljöförbättring. Projektmedlemmar: Prof. Bengt Steen, CTH Magnus Karlström, CTH, doktorand 3. Stackutveckling och uppskalning av celler och MEA En bränslecellstack, med 54 cm 2 cellarea, har konstruerats och testats i enkelcellsutförande. Cellens prestanda är jämförbara med andra bränslecellstillverkare (400 ma/cm 2 med luft och 700 ma/cm 2 med syrgas vid 60 C och 0,6 V cellspänning). Cellen har testats i ca 1000 timmar utan några synliga tecken på ökad kontaktresistans eller katalysatorförgiftning. En stapel av denna design om 5-10 celler och en max effekt på ca 200 W, är nu under uppbyggnad. 54 cm 2 stacken planeras vara färdig och testkörd före Q ,9 0,8 0,7 O2 (V) Syn air (V) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,00E+00 2,00E-01 4,00E-01 6,00E-01 8,00E-01 1,00E+00 1,20E+00 Current density (A/cm2) (Prestanda för 54 cm 2 -stack, enkelcell, totalmängd katalysator 0,1 mgpt/cm 2, T= 70 C, 1 atm, uppfuktad.) Alla delar i stacken, inklusive MEOR, är designade och tillverkade vid KTH. Elektroderna (MEOR:na), som är tillverkade med hjälp av en in-house -utvecklad semi-automatisk elektrodsprayningsenhet, håller en god prestanda och reproducibilitet. 16

17 (54 cm 2 bränslecellstapel, ej ansluten) Samtidigt har arbetet med en större 1 kw demo påbörjats. En bränslecellstapel med ca 150 cm 2 stor cellarea har konstruerats. Konstruktionen kommer att testas i en 1-2 cells prototyp som planeras vara färdig före Q2 01. Slutligen skall en 1 kw stapel byggas och beräknas vara klar för testning Q3 01. Projektmedlemmar: Dr. Göran Lindbergh, KTH Jari Ihonen, KTH, doktorand Frédéric Jaouen, KTH, doktorand Dr Anders Lundblad, KTH Civ.ing. Stephan Schwartz, KTH 4. Hydrodynamik i SPFC Inom detta delprojekt utvecklar vi matematiska modeller för simulering av bränsleceller. Av särskilt intresse är katodsidan, där fuktig luft transporteras över ett poröst skikt som i sin tur ligger ovanpå det aktiva skiktet. Vid det aktiva skiktet sker de kemiska reaktioner som skapar elektriciteten. Simuleringarna har till syfte att öka förståelsen samt att möjliggöra identifikation av viktiga parametrar och processer. Med kännedom om dessa kan material och utformning av komponenter av bränslecellen skräddarsys. Två viktiga typer av modeller är de som beskriver transport av ingående reaktanter och produkter samt de som även tar hänsyn till att vatten kan kondensera ut, dvs. enfas samt tvåfas flöde i bränslecellen. Med hjälp av CFX, en kommersiell CFD kod, samt egen kod har enfas transport av värme, rörelsemängd samt syre och vatten implementerats. Fördelarna med CFX är att godtyckliga tredimensionella geometrier kan studeras. Dessa beräkningar är dock tidskrävande. Med vår egen kod, som räknar på en tvådimensionell geometri, kan beräkningar utföras på ett par minuter. Exempel på en simulerad polarisationskurva för en två-dimensionell geometri, där vi inkluderat en elektrokemisk modell för aktiva skiktet som tagits fram inom projekt 5 nedan, ges i följande figur. 17

18 1.4 Polarisationskurva E katod [V] Strömtätheten [Am -2 ] Projektmedlemmar: Doc. Anders Dahlkild, KTH Dr. Göran Lindbergh, KTH Dr. Michael Vynnycky, KTH Erik Birgersson, KTH, doktorand 5. Syntes och elektrokemisk karakterisering av elektroder och MEA Proton konduktivitet, gas permeabilitet och långtidsstabilitet är några av de viktigaste egenskaperna för polymerer som används i bränslecellsapplikationer. En stor del av de energiförluster som uppkommer i bränslecellen kan relateras till resistansen i polymerelektrolyten. Membranet ska ha låg genomsläpplighet av gaser, medan den jonomer som används i det aktiva skiktet bör möjliggöra så god transport av reaktanter till katalysatorytan som möjligt. Oxiderande och reducerande miljö ställer också höga krav på stabiliteten hos membranen. Inom projektet har karakteriseringsmetoder för studier av protonledande polymerer utvecklats. Metoderna ska sedan användas för att karakterisera nya bränslecellspolymerer samt att studera inverkan av olika bearbetnings- och driftbetingelser. Vid sidan av membran karakteriseringen har en mätmetod utvecklats för att studera det katodiska aktiva skiktet in situ i en bränslecell. En matematisk modell för det aktiva skiktet som tar hänsyn till de viktigaste fenomenen har utvecklats parallellt. Kombinationen av modellen och det experimentella arbetet har resulterat i ny information om vad som begränsar "state of the art" elektroder. Samma mätmetodik kan i framtiden användas för att studera elektroder som innehåller nya polymerer syntetiserade inom programmet. Detta ger möjligheten att studera elektroder med ett bredare spektrum av material. Projektet syftar till att ge en ökad förståelse vid val av material och tillverkningsmetoder för elektrodpaket (MEA). 18

19 (Exempel på hur en simulerad en-dimensionell modellkurva (a) överensstämmer med en experimentell polarisationskurva (b). ) Projektmedlemmar: Dr. Göran Lindbergh, KTH Frédéric Jaouen, KTH, doktorand Peter Gode, KTH, doktorand Dr.Anders Lundblad, KTH 6. Tillverkning och karakterisering av bränslecellsmembran Det protonledande polymermembranet i bränslecellen utsätts för en mycket svår arbetsmiljö med hög surhetsgrad, reducerande och oxiderande betingelser, hög temperatur och förekomst av fria radikaler, etc. Membranet tillverkas därför vanligen av Nafion, en polymer med högt innehåll av fluor. En stor nackdel med dessa membran är dock den höga kostnaden. Vid LTH arbetar vi med att utveckla nya typer av polymermembran som kombinerar de flesta av fördelarna med fluorerade membran med ett mer fördelaktigt prestanda/kostnadförhållande. Genom att använda en sulfonerad polymer med hög termisk och kemisk stabilitet som komponent i en polymerkomposit kan membran som har hög konduktivitet och goda mekaniska egenskaper över ett brett temperaturintervall erhållas. Vår forskning fokuseras primärt på syntes och karakterisering av nya stabila sulfonerade polymerer från specialmonomerer. Egenskaper som vattenabsorption och protonledning är mycket viktiga, liksom morfologi och fysikaliska egenskaper för de kompositsystem som framställs från de sulfonerade polymererna. 19

20 Figuren nedan illustrerar hur protonledningen beror av vatteninnehållet för en ny sulfonerad sampolymer. Den blå kurvan visar hur vattenabsorptionen för polymeren varierar med den omgivande luftfuktigheten. Den svarta och röda kurvan visar att protonledningen är kritiskt beroende av vatteninnehållet i polymeren; högre vatteninnehåll ger högre protonledning vid höga temperatur, men lägre protonledning vid låga temperaturer. 100 Vattenabsorption (%) Relativ fuktighet (%) Log Konduktivitet (S/cm) /T(1/K) Projektmedlemmar: Prof. Bengt Wesslén, LTH Dr. Patric Jannasch, LTH Lina Karlsson, LTH, doktorand 7. Modifiering av Nafionmembran och in situ studium av den katalytiska processen. Användningen av platina som katalysator i bränsleceller kommer att medföra problem genom den begränsade tillgången av platina i världen. En möjlig väg att utnyttja platinan mer effektivt med mindre mängd vore att öka arbetstemperaturen i bränslecellen. Vattnets kokpunkt sätter där en övre gräns så länge de använda polymererna är vattenbaserade. Helt nyligen har ett annat protonledande medium än H 2 O/H 3 O + föreslagits. Imidasol/imidasoliumjon, C 3 H 3 N 2 H/C 3 H 3 N 2 H 2 + som ger samma möjlighet till hög protonledning via protonhopp från molekyl till molekyl som H 2 O/H 3 O + -systemet. Den väsentligt högre kokpunkten (256 o C) för imidasol gör det möjligt att höja bränslecellens arbetstemperatur. Vi har testat inlösning av imidasol i Nafionmembran genom uppvärmning i en sluten bomb och genom upplösning av imidasol i vatten där blandningen får sugas upp av membranet. Båda metoderna ledde till imidasolinnehållande membran, dock kristalliserade imidasolen vid rumstemperatur. Eftersom en bränslecell baserad på imidasol-nafionmembran ska arbeta vid temperaturer över imidasols smältpunkt behöver kristallisationen inte utgöra något hinder. Ett annat problem som uppstår vid användande av H 2 O/H 3 O + -systemet är uttorkning främst på anodsidan i en bränslecell. Vi undersöker om utfällning av kiselgel i membranet skulle ha förmågan att hålla kvar vattnet. Mängden kiselgel som fälls ut måste dock hållas inom vissa gränser eftersom för mycket kiselgel leder till spröda membran. 20

21 I ett tredje delprojekt studerar vi den katalytiska processen genom en in situ metod där vi skickar in en laserstråle i en bränslecell. Vi detekterar sedan den tillbakaspridda Ramanstrålningen som kan ge upplysningar om t.ex. intermediära föreningar av typen O 2 H - bildas vid ytan av platinan innan syrgasen reduceras till H 2 O. Vi utnyttjar därvid genomskinliga väggar vid monteringen av bränslecellen. Vi har testat plexiglas av olika tjocklek men funnit att de tjocklekar vi använt, 5-10 mm, ger för svaga Ramansignaler. Vi håller nu på att bygga om en cell där ett tunt, 0,3 mm, täckglas skall monteras in. Projektmedlemmar: Prof. Jan Lindgren, UU Anders Strandroth, UU, doktorand 8. Molekylär karaktärisering av bränslecellsmembran Materialfysikgruppen på Chalmers undersöker struktur och dynamik hos polymerbaserade protonledande material på en molekylär nivå. Målet för vårt projekt är att öka kunskapen om protonledningsmekanismer, struktur, mekanisk stabilitet och kemisk stabilitet. En viktig del är att studera hur strukturen påverkar materialets funktion i en bränslecell. Detta ger sedan ett underlag för vidare materialutveckling. Relative concetration of PSSA (I(1127)/I(612)) anode cathode s ~ 125 ms/cm s ~ 50 ms/cm s ~ 15 ms/cm s ~ 1 ms/cm Depth (µm) (Figur: Djupprofiler av PSSA-koncentrationen i membran som bränslecellstestats. Testtiden ökar nedåt i figuren. Mätningar från katodsidan markeras av fyllda symboler och från anodsidan med öppna symboler. De prickade linjerna är mätningar på ett otestat membran.) Membranen är framställda vid Laboratoriet för Polymerkemi, Helsingfors Universitet. Bränslecellstesterna är utförda av Tanja Kallio vid Laboratoriet för Fysikalisk kemi och Elektrokemi, Helsingfors Tekniska Högskola. Under 2000 har vi fortsatt studierna av bränslecellstestade membran. I Figuren visas koncentrationen av den protonledande komponenten (poly(styrensulfonsyra) PSSA) tvärsigenom ett membran efter olika testtider. I figuren ser vi hur koncentrationen av PSSA minskar ju längre tid membranet körts i bränslecellen. Detta avspeglas i en sjunkande ledningsförmåga (σ). Förlusten av PSSA leder samtidigt till att membrantjockleken minskar och till slut kollapsar strukturen och bränslecellen upphör att fungera. En intressant observation är att nedbrytningen inte är homogen, utan sker med högre hastighet på katodsidan än på anodsidan. Troligtvis sker nedbrytningen genom en kombination av olika oxidationsprocesser. Nästa steg i arbetet är att försöka särskilja orsakerna till nedbrytningen. I samarbete med Uppsala kommer vi därför att fortsätta med undersökningar av membran framställda i Helsingfors och testade på KTH. Projektmedlemmar: Tekn. Lic. Hanna Ericson, CTH, doktorand Dr. Denis Ostrovskii, CTH, postdoc Tf. Prof Per Jacobsson CTH 21

22 Delprogram 3: Nickel-MetallHydrid batterier, NiMH Internationell bakgrund och koppling till Mistra s NiMH projekt. Under 2000 har de laddbara batteriernas betydelse fortsatt att accentuerats, samtidigt som de ledande japanska batteritillverkarna har fortsatt att lyckas med att förstärka sina positioner. De japanska företagen producerade över 1 miljard NiMH celler, varav det mesta exporterades. Inom Li-ion är den japanska dominansen ännu mer total. Dock har ökningstakten dämpats eftersom prispressen, orsakad av överproduktion, har ifrågasatt möjligheten av att få igen investeringen av den intensiva produktlanseringen. Inom NiMH har omsvängning mot högeffektsbatterier fortsatt. Intressant är att ett icke-japanskt företag Moltech (f.d. Energizer) har tagit initiativet. Detta genom att lansera ett NiMH batteri med en traditionellt sintrad nickelelektod för att erhålla tillräckliga högeffektsegenskaper. Även den teknologiledande tillverkaren av sladdlösa verktyg Makita i Japan har initialt valt Moltech som celleverantör. De japanska batteri tillverkarna är dock nu också i spåret, där de kan dra fördelar från satsningar på hydridbatterier för hybridfordon. Moltech har vidare en resurskrävande satsning på utvecklingen av ett nytt Li-svavelbatteri. Det kommersiella utfallet av denna satsning kommer förmodligen att ha inverkan på hur länge de kan behålla initiativet på utvecklingen av NiMH batterier för sladdlösa verktyg. Hybridfordon med högeffekts NiMH batterier har fortsatt stark tillväxt. Toyota har lanserat en ny hybridbil Prius II för den europeiska och amerikanska marknaden. I Sverige har den fått mycket publicitet och positiva omnämnanden i diverse TVprogram, även efter långtidstestning i vinterklimat. Andra biltillverkare som Ford, GM, Daimler-Chrysler m. fl. har efter de japanska framgångarna hakat på hybridfordonsutvecklingen med löften om lanseringar av hybridbilar inom ett par år. Än så länge har man föredragit val av japanska batterier. Inom Mistra s NiMH projekt har arbetet varit inriktat på att utveckla metal hydrid pulver med stor aktiv yta parat med goda korrosionsegenskaper. Detta är vanligen motverkande egenskaper, varför prestanda i viss mån måste optimeras och utvärderas i celltester mot givna kravspecifikationer. För att hitta reella konkurrensfördelar och skapa kommersiellt gångbara produkter har produktionsmetoder för förenklad pulvertillverkning samt tillika även en förenklad celltillverkning utvecklats. Dessutom har det grundläggande arbete fortsatts på nästa generations metallhydrider, baserade på övergångsmetall-vätekomplex med en fördubblad vätelagringskapacitet jämfört med dagens batterilegeringar. Dag Noréus, Strukturkemi, SU 1. Legeringsutveckling. Med snabbstelnande atomisering kan man nå en mycket homogen legeringssammansättning samt erhålla gynnsamma kristallstorlekar och kristallformer för att få en både bra aktiv slutyta på metallhydrid pulvret i den färdigaktiverade NiMH cellen samt en god korossionsstabilitet. I mindre batcher har Höganäs via HOGAP-processen lyckats få ett pulver med 4 ggr bättre livslängd samtidigt med en drygt 50% ig ökning av kapaciteten vid extremt höga stömtätheter (240 mah/gram 22

23 legering vid urladdningströmmen 3000 ma/gram legering) i jämförelse med material från de ledande japanska konkurrenterna. Vid mera normala urladdingsströmmar ca ma/gram är det snabbstelnande materialet bara marginellt bättre än konventionellt tillverkad legering. För den stora mängden av dagens NiMH produktion har därför Höganäs materialet inga avgörande fördelar. En ny snabbstelningsmetod med bättre kosnadseffektivitet har därför utvecklats. De interna testerna av batterilegering tillverkad med den nya metoden har varit positiv. En ny utvärdering av externa kunder samt prisindikationer för värdet av de förbättrade egenskaperna återstår innan ett avgörande kan tas beträffande en kommersiell uppskalning av tillverkningen Projektmedlemmar: Stefan Andersson, Höganäs AB Johan Arvidsson, Höganäs AB Sture Lövgren, Höganäs AB 2. Elektrod och cellutveckling. Tyvärr fick NiMe-Hydrid av ekonomiska skäl inställa sin battertillverkning i mitten av April Långtidstester av celler tillverkade innan dess har nu slutrapporterats av Catella Generics battericenter som testat 21 celler enligt IEC 285 normen. Denna standardtest prövar cellaktivering, lågtemperatur-, snabbladdning-, överladdning-, självurladdning- och bakladdningsegenskaper samt livslängd genom att cykla cellerna i 400 ur- och uppladdningcykler. Slutresultatet var att NiMe-Hydrid s celler genomgående höll en jämn kvalité samt att gränskriterierna i testen klarades med god marginal. Sammantaget, med de tidigare rapporterade goda snabburladdningsegenskaperna av NiMe-Hydrid celler vid 20C, styrker detta, att den torrpulvervalsning som utvecklats av NiMe-Hydrid mycket väl kan användas som en alternativ produktionsmetod av NiMH celler. Egenskaperna är jämförbara med konventionella celler baserade på sintrade eller foamade elektroder. Dag Noréus, Strukturkemi, SU 3. Utveckling av nya hydridmaterial baserade på övergångsmetall-vätekomplex. Från en studie av metallhydrider baserade palladium-vätekomplex (Malin Olofsson et al. J. Am. Chem. Soc. 122(2000)6069) har vi förstått hur stabiliteten hos komplexen påverkas av omgivningen. När vi applicerat detta på syntesen av motsvarande nickelvätekomplex har vi hittat fler intressanta fenomen som är kopplade till övergångsmetall-vätekomplexets växelverkan med omgivningen. (a) Rumstemperatur (b) I högtemperatursfasen 510 K (c) Kyld till rumstemp (LT2) (HT) (LT2) 23

24 I figuren ses en reversibel färgförändring när Mg 2 NiH 4 passerar en lågtemperatur högtemperatur fasövergång vid 240 o C. I högtemperatur fasen roterar NiH 4 komplexet runt nickelatomen och hydridens struktur är kubisk. När temperaturen sänks fryser denna rörelse fast och i atomgittret uppstår en liten monoklin förskjutning samt en del stapelfel. Hydriden är då en elektrisk isolator. Om stapelfelen tas bort med mekanisk påverkan t. ex genom pressning blir hydriden ledande. Resistance (kohm) P r e s s u r e ( M P a ) (Resistivitetsändring i LT2 Mg 2 NiH 4 som funktion av tryck ) Om den återcyklas genom fasövergången blir den åter en isolator. Dessa nya metallhydrid system liggen nära gränsen för att vara antingen ledare eller isolatorer (halvledare). Små modifikationer av strukturen kan ändra egenskaperna. Förhoppningsvis kommer detta leda till att vi kommer kunna styra egenskaperna hos dessa system så att de blir lämpligare för vätelagringändamål. Mg 2 NiH 4 systemet har testats som elektrodmaterial. Kapaciteten var hög 500 mah/gram i jämförelse med 300 mah/gram för en konventionell batterilegering. Cyklingsstabiliteten och reaktionskinetiken är ännu så länge mycket otillräckliga. Projektmedlemmar: Professor Dag Noréus, SU Helen Blomqvist, SU, doktorand Del 2 Styrelse och ledningsgrupp Styrelse Lars Öjefors, ordf., Industrifonden Anders Arnström, KTH Johan Mercke, Ericsson Mobile Communications Göran Wirmark, AB Volvo Margareta Wester (del av året), CTH, Centrum för Produktrelaterad Miljöanalys Jan Tengzelius, Höganäs AB Britt-Marie Bertilsson, adj., MISTRA 24

25 Ledningsgrupp Bertil Nygren, KTH, programchef Per Ekdunge, AB Volvo, Teknisk Utveckling, programområde SPFC Mats Wolf, Ericsson Mobile Communications AB, programområde LPB, Dag Noréus, Ni-Me Hydrid AB, programområde NiMH, Göran Johansson, Volvo Personvagnar AB, adj Ekonomisk redovisning Bår 2000 ( ) Högskolor (SEK) VERKSAMHETENS KOSTNADER ADM LPB SPFC NiMH SUMMA ÅR 2000 ÅR 2000 ÅR 2000 ÅR 2000 ÅR 2000 ÅR 2000 PERSONALKOSTNADER AVSKRIVN AT INGÅR I SCHABLON DRIFTKOSTNADER RESEKOSTNADER KONSULTER LOKALKOSTNADER HÖGSKOLEGEM KOSTNADER ÖVRIGA KOSTNADER DELSUMMA AVSKRIVN AT INGÅR EJ I SCHABLON ÅR HÖGSKOLEMOMS 8,69% SUMMA KOSTNADER ÅR RESULTAT ÅR Industriella insatser (ksek) 2000 LPB SPFC NiMH SUMMA Summa

26 Framträdande på vetenskapliga konferenser programområde 1: Muntliga presentationer Design and Synthesis of Novel Polymers for Electrolytes. Patric Jannasch, Nordic Workshop on Polymer Electrolytes and Li-Polymer Batteries, March 2000, Lund (invited). Synthesis and Ion Conductivity of Aggregating Combshaped Copolymers. Patric Jannasch, Nordic Polymer Days, May 2000, Helsinki, Finland. Amphiphilic Copolymers for Use in Gel Electrolytes. P. Gavelin, P. Jannasch, and B. Wesslen, Nordic Polymer Days, May 2000, Helsinki, Finland. Light scattering and Computational Studies of Ionic Interaction and Dynamics in Polymer Gel Electrolytes. P. Jacobsson, P. Johansson, C. Svanberg, P. Gavelin, and R. Bergman, 10 th International Meeting on Lithium Batteries (IMLB10), May 2000, Como, Italy. Amphiphilic Polymer Gel Electrolytes: Influence of the Hydrophobic-Hydrophilic Balance on the Ion Conductivity. P. Gavelin, R. Ljungbäck, P. Jannasch, and B. Wesslén, 7 th International Symposium on Polymer Electrolytes (ISPE7), August 2000, Noosa, Australia. Diffusion of Solvent/Salt and Segmental Relaxation in Polymer Gel Electrolytes. C Svanberg. R Bergman, L Börjesson and P Jacobsson (Electrochimica Acta. in press) 7th International Symposium on Polymer electrolytes, Aug 2000, Noosa, Australia: New Lithium Salts on the Computer: Fiction or Fact? Johansson P and Jacobsson P, (Electrochimica Acta. in press) 7th International Symposium on Polymer electrolytes, Aug 2000, Noosa, Australia: Thermal and Electrochemical Characterisation of the Electrode/Electrolyte Interface in the Li-ion Battery , Nordic Workshop on Polymer Electrolytes and Li-polymer Batteries. Invited speaker: Surface-film formation on LiMn 2 O 4 electrodes T. Eriksson, A.M. Andersson, A.G. Bishop, C. Gejke, T. Gustafsson & J.O. Thomas , IMLB2000 Meeting, Chicago, USA. 26