Ny batteriteknologi kan løse elbilenes største problem

Vi hører ofte om nye batteriteknologier som lover gull og grønne skoger. Men få av dem ender opp som virkelige produkter. Men denne nyheten virker lovende. Resultatene kommer fra et japansk forskerteam ved det anerkjente MIT-universitetet i Massachusetts, USA, og er publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Nature.

Oppdagelsen handler om et materiale med en nesten selvmotsigende natur: Det leder ioner som en væske, men er robust som et fast stoff. Og det har en viktig bieffekt: Det kan løses opp og formes like lett som et stykke vingummi. Noe som kan vise seg å være den manglende brikken i det komplekse puslespillet om fremtidens batteri.

Raske, men farlige flytende batterier

De fleste elbiler i dag kjører på litium-ion-batterier, som inneholder en flytende elektrolyttvæske for å transportere ioner mellom de positive og negative terminalene. Denne væsken er energieffektiv, men også brannfarlig, og er hovedårsaken til at batteriene kan bli ustabile og i verste fall ta fyr.

Den hellige gral som alle leter etter, er et faststoffbatteri. Her er den flytende elektrolytten erstattet med et fast materiale. Dette eliminerer brannfaren, øker energitettheten (les: lengre rekkevidde) og muliggjør i teorien mye raskere lading.

Problemet er at det har vært utrolig vanskelig å oppnå i praksis. De faste elektrolyttene har enten vært for dårlige til å lede ioner, eller så har de vært like harde og sprø som keramikk, noe som har gjort dem dyre og vanskelige å produsere i stor skala. Enda verre er de beryktede dendrittene – mikroskopiske, nålelignende utvekster av litiummetall som kan vokse gjennom den faste elektrolytten og skape en katastrofal kortslutning.

Slik fremstilles det

Det er her det nye materialet kommer inn i bildet. Forskerne har utviklet en ny type fast elektrolytt som de kaller en amorf enkelt-ion leder (LiSICON). Bak det enkle navnet skjuler det seg et materiale som kombinerer det beste fra to verdener.

For det første har det en ionisk ledningsevne på nivå med de beste flytende elektrolyttene. Det betyr at litiumionene kan flyte fritt frem og tilbake, noe som er avgjørende for rask lading og høy ytelse. For det andre er materialet, til tross for sin glasslignende (amorfe) struktur, mekanisk robust nok til å motstå dannelsen av de fryktede dendrittene.

Men det virkelig geniale ligger i produksjonsprosessen. I motsetning til keramiske faststoffelektrolytter, som må brennes ved ekstremt høye temperaturer og ofte involverer giftige kjemikalier, kan dette nye materialet ganske enkelt løses opp i et vanlig, ufarlig løsemiddel. Akkurat som sukker i vann. Væsken kan deretter helles ut og formes, hvorpå løsningsmidlet fordamper ved beskjeden romtemperatur. Til slutt gjenstår et tynt, fast lag av elektrolytt.

Denne metoden gjør det potensielt mye billigere og mer miljøvennlig å masseprodusere faststoffbatterier, ettersom man kan bruke eksisterende produksjonsmetoder og unngå de mest aggressive kjemikaliene. Og i den andre enden av batteriets levetid vil de oppløselige batteriene være enklere å resirkulere.

Hva betyr dette for deg og din neste bil?

På papiret er det flere åpenbare fordeler:

• Sikkerhet: Uten brennbar væske er risikoen for batteribrann praktisk talt eliminert.
• Raskere lading: Den høye ioniske ledningsevnen gjør det mulig å «fylle opp» batteriet på minutter i stedet for timer.
• Lengre rekkevidde: Høyere energitetthet betyr enten lengre rekkevidde eller en mindre og lettere batteripakke.
• Miljøvennlighet: Ved å bruke giftfrie materialer og en enklere produksjonsprosess tar teknologien et viktig skritt bort fra de miljøproblemene som plager dagens batteriproduksjon og resirkulering.

Forventningene er store, men veien fra en petriskål i Tokyo til en batteripakke i en elbil er notorisk lang og full av dyre feil og tekniske blindveier.

Forskerne har overlevert beviset: Konseptet fungerer. Nå er stafettpinnen overført til ingeniørene. Materialet må bevise sin holdbarhet over tusenvis av ladninger, og produksjonsprisen må ned på et nivå der den ikke utløser panikkanfall hos bilprodusentenes CFO-er.

Likevel er det vanskelig å være pessimistisk. Ved å se problemet fra en ny vinkel, der håndterbarhet og giftfrihet er like viktig som teknisk ytelse, gir LiSICON-teknologien muligheten til å fjerne en av de mest gjenstridige hindringene for faststoffteknologi.

Kilder: Nature, MIT News