- Forskere har gjort et gjennombrudd med anodefrie litiumionbatterier
- En ny gelelektrolytt kan løse et av teknologiens største problemer
- Det kan gi lengre levetid og bedre sikkerhet for elbilbatterier
Forskere ved Columbia Universitys School of Engineering and Applied Science sier at de har utviklet en ny gelelektrolytt som vil bidra til å stabilisere anodeløse litiumionbatterier. Det skal forbedre sikkerheten og levetiden til denne nye batteriteknologien, samtidig som det potensielt sparer produsenter penger.
Anodeløse litiumionbatterier har blitt utforsket i årevis, og i fjor brukte et sørkoreansk forskerteam en anodeløs litiummetallarkitektur for å doble batteriets volumetriske tetthet uten å øke størrelsen.
Å fjerne anoden frigjør mer plass inne i batteriet, slik at mer aktivt materiale kan pakkes inn i samme volum. Det kan sammenlignes med å skape plass til enda mer drivstoff i en tank av samme størrelse, ifølge Interesting Engineering.
De store problemene har vært sikkerhet og levetid, ettersom anodeløse litiummetallbatterier har lidd av ujevn litiumavsetning under lading.
Dette betyr at litium kan danne skarpe, nålelignende strukturer (kalt dendritter), som kan punktere interne komponenter og forårsake farlige kortslutninger og termisk rusing.
Men ifølge Interesting Engineering, som viser til forskningsresultater publisert i tidsskriftet Joule, fant forskere ved Columbia Universitys School of Engineering and Applied Science en løsning i form av en gelelektrolytt.
Litt mer teknisk fortalt brukte teamet et «parasittisk saltfobisk polymernettverk i elektrolyttdesignet» som «selektivt frastøter litiumioner samtidig som det tiltrekker seg løsemiddelmolekyler».
Enkelt sagt betyr dette at gelelektrolytten brytes ned på nanoskala til forskjellige sammensetninger. Dette muliggjør dannelse av et beskyttende lag på litiumoverflaten som forhindrer dannelse av skadelige dendritter.
I laboratorietester beholdt elektrolytten over 80 % av sin kapasitet under nesten virkelige forhold, samtidig som den forbedret batteriets termiske stabilitet, noe som ville bety at en elbil ville bruke mindre energi på å varme opp eller kjøle ned batteripakken til optimal driftstemperatur.
Gelelektrolytten tålte også omfattende boretester uten termisk runaway. Batterier med konvensjonelle flytende elektrolytter begynte derimot å brenne eller eksplodere under testene.
I bruk i den virkelige verden mener forskerne at en gelelektrolytt i et anodefritt litiumionbatteri kan føre til batteripakker med høyere energitetthet, lengre levetid og tryggere drift – uten kostnaden ved å utvikle helt nye elektrolyttformuleringer.
Det er fortsatt liv i litium
Mye av snakket om elbilens fremtid dreier seg om faststoffbatterier, som ofte beskrives som den «hellige gral» for å løse mange av problemene med elbiler, som langsom lading, kort rekkevidde, tunge batteripakker og gjenværende sikkerhetsbekymringer.
Teknologien er imidlertid fortsatt i en tidlig fase, og til tross for at noen kinesiske selskaper hevder å være nær produksjon, er den betydelig dyrere enn dagens litiumionløsninger.
«Det er fortsatt mye å lære av litiumionteknologi», sier Akhil Krishnan, produktsjef for Volvo EX60. «Jeg ser frem til solid-state-fremtiden, men vi har allerede gjort store fremskritt med litiumion», legger han til.
Sammen med Breathe, et batteriprogramvareselskap som bruker simuleringer og modeller for å få mest mulig ut av elbilbatterier, mener Volvo at litiumionteknologi leverer. Den kommende Volvo EX60 sies å få en WLTP-rekkevidde på over 800 kilometer og jevn hurtiglading under alle forhold.
Yan Zhao, medgründer av Breathe Battery Technologies, sier at det å overbevise de neste 25 % av bilkjøperne om å bytte til elektrisk bil vil være en av de tøffeste utfordringene hittil. «Kjøpsbeslutningene deres vil være svært prissensitive», sier han.
Det er her forbedringer innen litiumionbatterier kan hjelpe, ettersom de kan gi lengre rekkevidde og raskere lading uten å velte kostnadene ved ny batteriteknologi over på kundene.
Akkurat som forbrenningsmotoren, som fortsetter å forbedre ytelse og effektivitet etter mer enn et århundre, sier eksperter at litiumionteknologien bare vil bli bedre i løpet av de neste tre til fem årene.
