| dc.description.abstract | Denne bacheloroppgaven har to formål. Det første er å identifisere den optimale batterikjemien for energilagrings- og transportapplikasjoner. Det andre er å vurdere muligheten for å implementere solid- og semi-solid teknologier i LIB. Batteri teknologiselskapet \textit{Beyonder} ba om en analyse som skulle se på dagens marked og vurdere teknologien om 5-10 år. Ettersom dette er en svært kort tidsperiode i batteriverdenen, kan man ikke forvente store endringer i teknologiens modenhet i løpet av denne tiden. Derfor gir denne rapporten også et estimat av hvilke teknologier som kan være aktuelle om 20-30 år.
Den økende etterspørselen etter LIB-teknologi er drevet av et voksende behov for ren energi og et grønt skifte. Derfor er det avgjørende å forbedre eksisterende batteriteknologi, i møte med den økende etterspørselen i batteri industrien. Ved å gi en teknisk markedsanalyse av eksisterende katoder, anoder og elektrolytter med hensyn til kostnader, bærekraft, kapasitet og sikkerhet, kan oppgaven identifisere viktige områder for forbedring og innovasjon. Dette er først og fremst ment som et verktøy for å gi råd «Beyonder». Dette innebærer å evaluere både utsiktene for bruk på kort sikt og behovet for videre forskning, alt basert på konseptet med TRL for batterikomponentene. I tillegg undersøker \textit{Beyonder} muligheten for å forbedre standarden på konvensjonelle LIB-batterier. En vanlig LIB består av en LE og faste elektroder, mens SSLIBs eller SSBs består av en semi-solid elektrolytt eller SSE. Generelt sett førte høyere fordelinger av faste stoffer til økt sikkerhet, mekanisk styrke og høyere kostnader, mens en høyere fordeling av væsker førte til reduserte kostnader og høyere ioneledningsevne.
Det teoretiske rammeverket i oppagven gir en grundig utgreining av generell termodynamikk, som. indre energi og entropi.
I tillegg til generell elektrokjemi for eksempel, energi, effekt og redoksreaksjoner, før oppgaven går nærmere inn på de grunnleggende konseptene i LIB. Videre, presenteres den generelle batteri terminologien for å sammenligne ulike egenskaper ved batteri teknologier. Deretter analyseres de ulike sammensetningene av katode- og anodematerialer. Videre introduseres de ulike elektrolyttene i LIB, liquid, solid og semi-solid state. Til slutt, analyseres kostnadene for råmaterialer, katode- og anodematerialer. I tillegg blir råmaterialenes karbonfotavtrykk og ulike katode sammensetninger evne til å resirkulere tatt opp.
Deretter presenteres metoder som er brukt under skrivingen av teorien, etterfulgt av en diskusjon. Denne delen av oppgaven begynner med å sammenligne de ulike katode- og anodematerialene med hensyn til egenskaper som cellespenning, spesifikk energi, energitetthet, termisk stabilitet og kostnader, for deretter å presentere en oppsummering av den totale ytelsen. Til slutt diskuteres potensialet til SIB. Videre evalueres de ulike elektrolyttene, etterfulgt av en diskusjon om produksjon og bærekraft. For å gi en samlet oversikt til \textit{Beyonder}, ble det gitt ulike anbefalinger. Avhandlingen fokuserte på de applikasjonsområdene til \textit{Beyonder} som anses som mest kritiske i dagens samfunn, nemlig energilagring og transport. I anbefalingene ble kompatible elektrolytter, anoder og katoder tilpasset de mest relevante bruksområdene for utnyttelse med hensyn til \textit{Beyonder}s fremtidsutsikter og TRL.
Konklusjonen oppsummerer anbefalingene for de ulike batterikomponentene med tanke på 5-10 års bruk og behovet for videre forskning. | |
| dc.description.abstract | This thesis aims to achieve two primary objectives: first, to identify the optimal battery chemistry for energy storage and transportation applications, and second, to evaluate the feasibility of implementing solid and semi-solid state technologies in LIB. The battery technology company \textit{Beyonder} asked for an analysis that would look at the current marked and evaluate the technology in 5-10 years. As this is a very short time in the battery world, one cannot expect much change to the maturity of the technology within this time. Therefore, this report also makes an estimate of which technologies may be appropriate in 20-30 years.
The rising demand for LIB technology is driven by the growing urgency for clean energy and a green transition. Therefore, enhancing the existing battery technologies is crucial to meet the growing demand within the battery industry. By providing a technical market analysis of existing cathodes, anodes, and electrolytes in terms of cost, sustainability, capacity, and safety, the thesis can identify key areas for improvement and innovation. This is primarily intended to serve as a tool for advising \textit{Beyonder}. It involves evaluating both the prospects for near-term utilization and the need for further research, all based on the concept of technology readiness levels for the battery components. Further, \textit{Beyonder} is exploring the option of enhancing the standard of conventional LIBs. A common LIB includes liquid electrolytes and solid electrodes, while SSBs consist of an SSE and SSLIBS of a semi-solid electrolyte. In general, higher distributions of solids led to increased safety, mechanical strength, and higher costs, whereas a higher distribution of liquids led to reduced costs and higher ionic conductivities.
The theoretical framework in this thesis provides an in-depth exploration of the general thermodynamics e.g. internal energy and entropy. In addition to general electrochemistry, such as energy, power, and redox reactions, before delving into the fundamental concepts of LIBs. Furthermore, to compare different characteristics of battery technologies, the general battery terminology is presented, to then analyze the various compositions of cathode and anode materials. Moving forward, different electrolytes in LIBs are introduced, liquid, solid state, and semi solid state. Lastly, an analysis is done on the cost of raw, cathode and anode materials. Additionally, the raw materials' carbon footprint and different cathode compositions' recycling ability are addressed.
Methods used during the writing of the theory are then presented, followed by a discussion. This section of the thesis begins by comparing the various cathode and anode materials, looking at properties of cell voltage, specific energy, energy density, thermal stability, and cost, to then present a summarizing overall performance. Lastly, the potential of SIBs is discussed. Further, the different electrolytes are evaluated, followed by a discussion of manufacturing and sustainability. To give an overall review for \textit{Beyonder}, different recommendations were made. The thesis focused on the application areas for \textit{Beyonder} deemed to be most critical in today's society, energy storage, and transportation. In the recommendations, compatible electrolytes, anodes, and cathodes were matched to their most relevant applications for utilization with regard to \textit{Beyonder}' prospects and TRL.
The conclusion summarises the recommendation to dive into the different battery components in prospects for 5-10 year utilization and the need for further research. | |
