Strukturella kompositbatterier för energieffektiva fordon Simon Leijonmarck simon.leijonmarck@swerea.se

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 e- e- e- Positiv elektrod Negativ elektrod Li+ PF6-

Litiumjonbatteri e- e- e- Positiv elektrod Negativ elektrod Li+ PF6-

Kolfibern som elektrodmaterial C/20 C/2 Singelfibercykling av IMS65 Direkt jämförbart med grafit som elektrodmaterial (teoretisk kapacitet: 372 mAh/g)!

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 Effektiv konduktivitet 0.7 mS/cm [1,2] 1.5 µS/cm [3] Resistans vid 1 mA/cm2 4 mV 2 V [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) 2372-2378.

Fasta polymerer som elektrolyt B: Difunktionell monomer Monofunktionell monomer

Exempel på lösningar för strukturella batterier Lager-på-lager-metoden 3D-metoden Kolfibrer Strömtilledare Positivt elektrodmaterial Strömtilledare

Elektropolymerisering på kolfibrer Belagd fiber 100-700 nm tjockt Li-joninnehållande Obelagd fiber

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