Fremtidens mobilbatteri er med litium-jernfosfat

Trods en lavere energitæthed end traditionelle Li-ion-batterier finder litium-jernfosfat vej til flere og flere anvendelser. ­Kodeordene er sikkerhed og robusthed.

Af Morten K. Thomsen,  søndag 28. sep 2008 kl. 13:00

"One laptop per child"-computeren indeholder et litium-jernfosfatbatteri, primært fordi LFP-batterier kan holde til langt flere opladninger end andre typer af Li-ion-batterier.

Det kunne ligne et teknologisk tilbageskridt at udskifte mobiltelefonens og den bærbare computers litium-koboltdioxidbaserede batterier med litium-jernfosfat-batterier, også kaldet LFP. For småt er som bekendt godt, og sammenligner man de to typer, kan den første gemme på mere energi pr. gram end den anden. Den lavere energitæthed kommer delvis af en lavere arbejdsspænding.

Til gengæld har LFP-batterier nogle afgørende fordele, når man bringer andre parametre i spil: For det første har de sværere ved at bryde i brand, hvis de overopheder, for det andet er LFP mere miljøvenligt i forhold kobolt, og for det tredje vil LFP på længere sigt være en billigere teknologi.

»LFP er et af de bedste forslag på banen til energisultne anvendelser som for eksempel elbiler, og nu ser vi også, at boremaskiner og andet håndværktøj får LFP-batterier,« siger forskningsleder hos Nokia, Per Jørgensen Møller.

LFP-producenten A123 leverer blandt andet til Silvan-klassikere som Dewalt og Black & Decker, og også håndværktøjer fra Bosch får kraft fra LFP-batterier.

Fra håndværktøjer har LFP-batterier nu spredt sig til bærbare computere, og blandt andet det mediehypede projekt OLPC (one laptop per child) benytter sig af LFP-teknologi.

Sikkerhed har stor betydning
Det oplagte spørgsmål til Nokias batteriekspert er naturligvis om – og i givet fald hvornår – vi vil se LFP-batterier i deres mobiltelefoner. Det vil Per Jørgensen Møller imidlertid ikke svare på.

Men netop Nokia har jo tidligere haft problemer med sikkerheden og batterier, der overophedede. Og det spiller ind, når der skal vælges batteri­teknologi.

»Absolut. Netop sikkerheden betyder meget for valget af teknologier. Meget afhænger dog af forskning både i de normale og i LFP-teknologier,« erkender Per Jørgensen Møller og kalder LFP et kærkomment supplement til eksisterende teknologier.

Andre katodematerialer lider under, at deres struktur kan kollapse, hvis man lader dem for meget op og dermed fjerner for meget litium fra materialestrukturen. LFP har den fordel, at fosfatstrukturen fungerer som indbyggede "støttesøjler", så materialet ikke kan bryde sammen ved overladning. Søjlerne optager dog noget plads, hvilket medvirker til, at energitætheden som nævnt ikke er helt så høj.

Det er blandt andet også derfor, at LFP kan klare langt flere ladecyklusser end andre teknologier.

»De kan simpelt hen tåle mere "mishandling" og hård opladning. Hvor andre materialer bukker under for mekanisk stress og "krakelerer" efter omkring 500 cycles, så kan LFP angiveligt klare mere end 2.000-3.000 ladecycles, før det giver op,« siger Per Jørgensen Møller.

Domino kaskade-model
Det har længe været en gåde, hvordan LFP, der ellers er en god isolator, kunne bære sig ad med at lede både elektroner og ioner. Forskere fra Frankrigs nationale videnskabelige forskningscenter, CNRS, har nu kastet nyt lys over paradokset.

I augustudgaven af tidsskriftet Nature Materials beskriver de franske forskere, hvordan de gennem deres eksperimenter har fået bekræftet deres såkaldte domino kaskade-model. Den beskriver, hvordan lokal stresspåvirkning af litium-jernfosfat kan tillade elektronledning og ion-ledning og sprede sig til tilstødende områder. På den måde kan LFP fungere som katode i Li-ion batterier.

Grundlæggende fungerer batteriet ved, at katoden i opladet tilstand består af FePO4, som så ved afladning bliver til LiFePO4.

»Når man aflader batteriet, aflejres Li først i overfladen af LFP-materialet. I grænsefladen mellem LiFePO4 og FePO4 – der begge er dårlige elektronledere – opstår der spændinger, og forskerne har altså nu fundet ud af, at netop de spændinger hjælper på både elektron- og ionledningsevnen i materialet,« forklarer lektor og ph.d. på Ingeniørhøjskolen i Ballerup, Boye Knutz.

Umiddelbart kunne man tro, at der ikke var det store perspektiv i at få forskningen til at bekræfte det, man allerede ved: At LFP-batterier virker. Men sådan ser Boye Knutz ikke på det:

»Hvis man forstår den bagved liggende fysiske mekanisme, så giver det naturligvis bedre forudsætninger for at finde endnu bedre materialer og udnyttelser,« siger han.