Forskare har tagit fram nya material som kan förlänga livslängden hos så kallade fasta litiumbatterier. Det kan bidra till mer hållbara energisystem och ett miljövänligt samhälle.
En vanlig typ av uppladdningsbara batterier är litiumjonbatterier, som finns i allt från bärbara datorer till elbilar. De är lätta och har hög energitäthet (kan lagra mycket elektricitet per viktenhet). Nackdelen är att de inte tål höga temperaturer och riskerar att överhettas eller orsaka kortslutning.
Ett lovande alternativ är så kallade fasta litiumbatterier. De är kraftfullare och säkrare än dagens litiumjonbatterier, men har begränsad livslängd.
Nu har forskare vid Luleå tekniska universitet tagit fram nya material som kan förlänga batteriernas livslängd.
Fasta batterier säkrare och kraftfullare
Genom att ersätta den traditionella flytande elektrolyten med en fast elektrolyt – det som kallas solid-state-teknik – kan man nå högre spänning och minska risken för brand eller läckage.
Fast och flytande elektrolyt
I ett batteri rör sig den elektriska laddningen (till exempel i form av litiumjoner) mellan batteriets poler genom en elektriskt ledande substans – en så kallad elektrolyt.
I litiumjonbatterier är elektrolyten flytande och innehåller miljö- eller brandfarlig vätska.
I fasta litiumbatterier är elektrolyten i stället i fast form (så kallad solid state) vilket ökar säkerheten.
Källa: Wikipedia, Batteriguiden
Fasta batterier kan fungera bra för elfordon, stationär energilagring och bärbar elektronik. Med längre räckvidd, snabbare laddning och högre säkerhet kan de spela en viktig roll i den gröna omställningen och bidra till ett mer hållbart energisystem.
Men för att tekniken ska kunna användas kommersiellt behöver de fasta elektrolyterna fungera tillförlitligt – något som forskarna arbetar med.
– För att fasta elektrolyter ska fungera i verkliga tillämpningar behöver ledningsförmåga, långtidstabilitet och motståndet i gränsytan mot elektroder förbättras, säger Jiajia Li, som nyligen disputerat i energiteknik vid Luleå tekniska universitet, i ett pressmeddelande.
Nya material förbättrade batteriernas livslängd
Forskarna fokuserade på fasta elektrolyter baserade på plastliknande material som leder joner. Genom att justera materialens struktur har forskarna förbättrat transporten av litiumjoner.
Ett av de utvecklade materialen gav stabil drift i över 1 000 laddnings- och urladdningscykler utan att prestandan försämrades.
– Många fasta litiumbatterier tappar i prestanda redan efter 500–700 cykler, så det här är en tydlig förbättring. Våra material fungerar dessutom vid högre spänningar än vad som vanligtvis är möjligt, säger Jiajia Li.
– Våra nya material kan förlänga batteriets livslängd och bidra till utvecklingen av mer miljövänlig energilagring.
Utveckling behövs innan tekniken kan användas
Innan tekniken kan användas i kommersiella produkter finns det dock flera saker man behöver lösa. Till exempel behöver man kunna tillverka materialen i större skala. De behöver också testas under mer verkliga förhållanden, som varierande temperaturer och snabbladdning.
– Det här är ett viktigt steg framåt, men det krävs mer utveckling innan tekniken är redo för exempelvis elbilar. Vi måste säkerställa att materialen fungerar stabilt även vid höga belastningar och i varierande miljöer, säger Xiaoyan Ji, professor i energiteknik vid Luleå tekniska universitet.
Avhandling:
Constructing Poly(Ionic Liquid)s-Based Solid State Electrolytes and Application in Lithium Metal Batteries, Luleå tekniska universitet.
