Sparc Technologies Limited heeft een update gegeven van zijn project met de Queensland University of Technology (QUT) voor de ontwikkeling van anodemateriaal van harde koolstof van duurzame oorsprong voor natriumionbatterijen (SIB's). Een hoogwaardig, goedkoop en duurzaam geproduceerd anodemateriaal voor SIB's voorziet in de behoefte aan een groeiende alternatieve batterijtechnologie. De huidige harde koolstofmaterialen zijn doorgaans afkomstig van koolstofhoudende precursoren zoals pek (een bijproduct van de olie- en gasindustrie) die langdurig bij hoge temperaturen worden verhit.

Dit is een zeer energieverslindend proces, dat in combinatie met het gebruik van grondstoffen op basis van fossiele brandstoffen een aanzienlijke ecologische voetafdruk heeft. Aangezien China 's werelds grootste leverancier van harde koolstofmaterialen is, is het proces dat samen met QUT wordt ontwikkeld erop gericht een alternatieve westerse leverancier van anodematerialen te bieden, waardoor het soevereine risico voor fabrikanten van SIB-cellen wordt verminderd. In overeenstemming met het projectschema heeft QUT het eerste mijlpaalrapport van het project geleverd, waarin de resultaten worden beschreven van het testen van SIB-halfcelbatterijen en de materiaalkarakterisering voor een duurzaam verkregen anodemateriaal onder verschillende procesomstandigheden.

Hoewel verdere optimalisatie, tests en procesontwikkeling nodig zijn, bedroeg de omkeerbare capaciteit voor een partij materialen onder dezelfde testomstandigheden meer dan 535mAh/g en gemiddeld 477mAh/g in vijf afzonderlijke proeven. Dit was veel hoger (~45% hoger) dan de benchmark van 330mAh/g die aan het begin van het onderzoeksprogramma werd vastgesteld op basis van wat wordt verondersteld commerciële anodematerialen van harde koolstof te zijn. Er is aanzienlijke vooruitgang geboekt sinds de start van het onderzoeksproject met QUT in september 2022.

De procesomstandigheden waaronder de harde koolstof wordt geproduceerd, zijn voorlopig geoptimaliseerd en de eerste resultaten tonen een aanzienlijke verbetering van de omkeerbare capaciteit van de anodematerialen in een SIB in vergelijking met traditionele pyrolysemethoden. Er is een materiaalkarakterisering van de hardkoolmonsters uitgevoerd met verschillende karakteriseringstechnieken (XRD, XPS, Raman, TEM, SEM en BET), die de basis zal vormen voor vergelijkingen in toekomstig testwerk, zoals het testen van alternatieve grondstoffen en procesparameters. De prestaties van natrium-ionbatterijen van de monsters (in halfcelconfiguratie) zijn getest met behulp van elektrochemische methoden zoals galvanostatische laad-/ontlaadcapaciteit en cyclusstabiliteit.

Voor elke elektrode werden verschillende muntcellen (5 cellen voor elk hardkoolstofmonster) gemaakt om de reproduceerbaarheid van de metingen te garanderen en er werden commerciële massa-beladingen en lage C-snelheden (0,05) gebruikt. Toekomstige werkzaamheden zullen gericht zijn op het testen van de cyclusstabiliteit tot 500 cycli, het testen van methoden om de initiële coulombische efficiëntie te verbeteren en het fabriceren en testen van volledige cellen. Sparc heeft nog ongeveer 6 maanden om het onderzoeksprogramma met QUT uit te voeren en blijft voor het project samenwerken met een ervaren batterijconsultant.

Sparc is van plan om de komende maanden via levenscyclusanalyse en economische modellering de omvang van de energie- en kostenbesparingen te onderzoeken die haalbaar zijn door de voorgestelde verwerkingsroute te gebruiken in vergelijking met bestaande harde koolstofmaterialen. SIB's zijn een zeer veelbelovende alternatieve batterijchemie voor lithium-ion, met name geschikt voor de markten voor energieopslag. Bekende en gedocumenteerde voordelen van SIB's ten opzichte van lithium-ionbatterijen zijn onder meer: lagere kosten en grotere beschikbaarheid van grondstoffen; veiligheid en transportgemak; groter bedrijfstemperatuurbereik; soortgelijke productietechnieken als voor lithiumionbatterijen.

Door deze voordelen, met name wat betreft de levering en de kosten van grondstoffen, zijn energieontwikkelaars, OEM's (original equipment manufacturers) en risicokapitaalinvesteerders steeds actiever geworden op het gebied van SIB's. CATL, BYD, Reliance /Faradion en HiNa Battery streven naar commercialisering van SIB's voor energieopslag en mobiliteitstoepassingen in 2023. CATL heeft opgemerkt dat de SIB-technologie verder moet worden bevorderd en ontwikkeld.