De gör batterier mer effektiva

Forskare vid kemi och kemiteknikinstitutionerna vid KTH har utvecklat en metod för att studera litiumjontransport i batterier. Metoden ska möjligöra utveckling av batterier som är bättre – som inte behöver laddas lika ofta som idag, som har längre hållbarhet så att de inte behöver bytas ut lika ofta på grund av att de är uttjänta och som har högre effekt.

Bakom metoden står KTH-forskarna och doktoranderna Matilda Klett och Marianne Giesecke, samt deras handledare Göran Lindbergh och István Furó med flera från deras respektive grupper.

– Ett problem med batterier är att de är stängda system. Man kan till exempel mäta ström och spänning, men man har tidigare inte kunnat se hur jonerna rör sig inuti batteriet. Dock är det så att just jonernas rörlighet inom batteriet direkt påverkar dess prestanda, säger Matilda Klett, forskare och doktorand vid KTH.

Det forskargruppen har gjort är att ta fram en metod som inte bara visualiserar men också noggrant mäter hur jonerna omfördelar sig i batteriet. Detta under en längre tid och då batteriet innehåller ström.

– Vi använder oss av magnetisk resonanstomografi (MRT, MRI på engelska), men istället för en människohjärna har vi stoppat in en batterimodell i den specialbyggda mätutrustningen. Det finns några tidigare försök att studera batterikomponenter, men det som skiljer vår metod från andras är att resultatet kommer medan man kör ström genom batteriet och att vi direkt kopplar dessa resultat till en elektrokemisk modell, säger Marianne Giesecke.

Hon tillägger att detta innebär att det går att se och förstå hur joners rörlighet påverkar batteriets funktion vilket underlättar  batteriutveckling.

Marianne Giesecke, forskare och doktorand vid KTH.
– En bättre förståelse av jonernas rörelse eller brist på den samma gör att man kan välja att fokusera på rätt egenskaper och utveckla batteriet för speciella tillämpningar. Då kan man välja om man vill ha batterier med bättre effekt, eller istället längre tid mellan laddningarna, säger Matilda Klett.

Hon tillägger att batterier blir också allt mer komplexa vilket gör det allt svårare att få en överblick. Den nya metoden kan ge bättre insyn även i dessa komplexa system.

– Nästa steg skulle kunna vara att kombinera denna metod med annan batteriforskning, som den som handlar om val av både elektrod- och elektrolytmaterial, säger Marianne Giesecke.

Matilda Kletts och Marianne Gieseckees forskning är av så pass betydelsefull karaktär att de fått en vetenskaplig artikel publicerad i den väl ansedda tidskriften Journal of the American Chemical Society. Tidskriften själv uppmärksammade innovationsvärdet av denna forskning genom att visa upp artikeln i sin populärvetenskapliga Spotlight kolumn.