Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
© AnnaLena Lundqvist / Yen Strandqvist / Chalmers - Montage Teknik | 20 januari 2021

Så kan kortslutning undvikas i litiummetallbatterier

Det finns höga förhoppningar på nästa generations energitäta litiummetallbatterier, men innan de sitter i våra bilar behöver avgörande problem lösas.

Ett internationellt Chalmerslett forskarlag har nu tagit fram en konkret vägledning för hur batterierna ska laddas och köras för att maximera effektiviteten – och minimera risken för kortslutningar. Litiummetallbatterier är ett av flera lovande koncept som på sikt kan ersätta dagens litiumjonbatterier, och då inte minst i olika typer av elfordon. Men vad är då den stora fördelen med den nya batteritypen? Den stora vinningen är att energitätheten kan bli väsentligt högre. Det beror på att battericellens ena pol, anoden, består av en tunn folie av ren litiummetall istället för att metallen lagras i grafit, som i litiumjonbatterier. Utan grafit ökar andelen aktivt material i battericellen och passiva komponenter som kol försvinner. Det främjar inte bara energitätheten utan bidrar även till att minska vikten. Med litiummetall som anodmaterial blir det också möjligt att använda material med hög kapacitet även vid battericellens andra pol, katoden. Då går det att få celler med tre till fem gånger så hög energitäthet som idag. Det stora problemet är dock säkerheten. Men, nu har forskare från Chalmers, tillsammans med kollegor i Ryssland, Kina och Korea, hittat ett optimalt och säkert sätt som litiummetallen kan användas. Det går ut på att metallen vid laddning av batteriet fördelar sig så att den blir tät och inte bildar vassa nålar – dendriter – som riskerar att kortsluta och i värsta fall antända batteriet. Säkrare upp- och urladdning är alltså en nyckelfaktor, går det att läsa i ett pressmeddelande. – Kortslutning i litiummetallbatterier beror oftast på att metallen lägger sig ojämnt vid cykling och att det bildats dendriter på anoden. De utstickande nålarna gör att anoden kommer i direkt kontakt med katoden. Därför är det avgörande att kunna undvika att sådana bildas. Där kan vi nu bidra med viktig vägledning, säger forskaren Shizhao Xiong på institutionen för fysik på Chalmers. Lösningen ligger i att ”en optimerad laddning ger säkrare batterier”. Det finns nämligen ett antal olika faktorer som styr hur litiumet fördelar sig på anoden. I den elektrokemiska processen vid laddning påverkas litiummetallens struktur främst av strömtätheten, temperaturen och koncentrationen av joner i elektrolyten. Forskarna har använt både simuleringar och experiment för att komma fram till hur laddningen kan optimeras utifrån dessa parametrar. Syftet är att skapa en tät och bra struktur på litiummetallanoden. – Det är en svår utmaning att få jonerna i elektrolyten att placera sig på exakt rätt plats när de blir litiumatomer vid laddning. Den nya kunskapen om hur processen går att styra utifrån olika förutsättningar bidrar till både säkrare och mer effektiva litiummetallbatterier, säger professor Aleksandar Matic vid institutionen för fysik på Chalmers, i pressmeddelandet.
Annons
Annons
2021-05-27 14:20 V18.18.11-1