Ny batteriteknik lovar högre energidensitet



Försäljningen av elektriskt drivna fordon (EV) har ökat på senare år och uppskattningar gör gällande att det år 2016 fanns 1,3 miljoner elfordon runt om i världen, mer än en fördubbling från föregående år. Och det globala Electric Vehicles Initiative har satt som mål att det skall finnas 20 miljoner elektriskt drivna bilar, inklusive hybrider och bränslecellsfordon, år 2020. Men prognoserna för framtiden baseras på att dagens vanliga litiumjon batteriteknik kommer att användas och till det här kommer även ett antagande att priset på elbilar hamnar i nivå med fordon med förbränningsmotorer år 2022. Nu har ett ingenjörsteam som leds av 94-årige John Goodenough, professor i Cockrell School of Engineering vid University of Texas i Austin och medinnovatör av litiumjonbatteriet, utvecklat en första all-solid-state battericell som är säkrare (inte riskerar brinna), kan laddas snabbare och har en hög energitäthet sett till volym. Batteritekniken kan användas för handhållna mobila enheter och stationär energilagring med frågan är om det ändå inte är just för elektriska fordon som tekniken skulle kunna göra störst nytta. Medinnovatör den här gången är Maria Helena Braga, en gästforskare vid University of Texas i Austin och teknikprofessor vid University of Porto i Portugal

. Ingenjörerna beskriver sin nya teknik i ett papper som publicerats i tidskriften Energy & Environmental Science. – Kostnader, säkerhet, energitäthet, värden på uppladdning och urladdning och livslängd är avgörande för att batteridrivna bilar mer allmänt skall accepteras. Vi tror att vår upptäckt löser många av de problem som finns inneboende i dagens batterier, säger John Goodenough.

 Enligt University of Texas har forskarna visat att deras nya battericeller har åtminstone tre gånger högre energidensitet än dagens litiumjonbatterier och tillåter också ett högre antal laddnings- och urladdningscykler, vilket är lika med batteriets livslängd. Dessutom kan batteriet laddas upp snabbare och det handlar om minuter snarare än timmar.

 Dagens litiumjonbatterier använder flytande elektrolyter för att transportera litiumjonerna mellan anoden och katoden. Om en battericell laddas alltför snabbt kan det bildas metalliska trådar eller "whiskers" som kortsluter genom den flytande elektrolyten. Ett fenomen som länge plågat dagens litiumjonbatterier då dessa whiskers kan orsaka explosioner och bränder. I stället för flytande elektrolyter använde forskarna i det här fallet glaselektrolyter i fast tillstånd, vilket uppges möjliggöra användningen av en alkali-metallanod som undviker att just dessa whiskers bildas. Genom användningen av en alkali-metallanod (litium, natrium eller kalium) - vilket inte är möjligt med konventionella batterier - ökas energitätheten hos katoden och ger en längre livscykellängd. Enligt University of Texas har forskarnas battericeller i experiment uppvisat ett lågt cellmotstånd under mer än 1200 laddcykler. Dessutom kan forskarnas dopade glaselektrolyter behålla en hög ledningsförmåga vid -20 °C och fortfarande fungera vid -60 °C, vilket är speciellt viktigt för bilbatterier.

 John Goodenough och Maria Helena Braga fortsätter med sin batterirelaterade forskning och uppges nu arbeta med ett flertal patent på området. På kort sikt hoppas de kunna arbeta med batteritillverkare för att utveckla och testa sina nya material i elbilar och produkter för energilagring.

---

Reporter: Jonas Karlsson