Gennembrud i batteriforskning giver lynopladning på få sekunder
Energitætheden og ladehastighed i lithiumbatterier er forbedret voldsomt med ny teknologi, som kan industrialiseres på ganske få år. Det baner vej for et sikkert bilbatteri og lynopladning af mobiltelefoner.
Batterier til bærbare computere vil kunne oplades på få sekunder, når MIT's nye overfladebehandling af lithium-ion batterier bliver industrialiseret og kommer ud på markedet. (Foto: Wikipedia)
Læs også
-
Det periodiske system begrænser udvikling af bedre batterier
Læs mere om
Dokumentation
To forskere ved Massachusetts Institute of Technology i USA har i dag i forskerbladet Nature offentliggjort deres opdagelse af en kemisk proces, som forbedrer eksisterende lithium-ion batterier ganske betydeligt. Dermed er vejen banet for elbiler, hvis svageste punkt netop er batterierne.
Prototyper af batterierne kan oplades hundrede gange hurtigere end de tilsvarende, kommercielt tilgængelige lithium-ion batterier. Samtidig kan der spares noget af batterimaterialet, så fremtidige batterier kan gøres mindre med samme kapacitet.
Hvis en moderne mobiltelefon eller en bærbar computer fik sådan et batteri, ville de kunne oplades på få sekunder.
Tunneller i batteriet får ioner på lynarbejde
De to forskere, Byoungwoo Kang og Gerbrand Ceder, undersøgte, hvordan de ladede ioner bevæger sig i lithiummaterialet. Og derved opdagede de, at ionerne bevægede sig så hurtigt, at det ikke kunne være det, der begrænsede ledningsevnen. Den næste opdagelse var, at ionerne bevæger sig ned i nanoskopiske "tunneler", og at det var vejen hen til tunnelindgangene, som tog tid og bremsede processen.
Derpå gik de i gang med at finde ud af, om der kunne skabes en overflade med flere tunnelindgange. Og det kunne der.
Den bedste type lithium-ion batteri i dag er en forholdsvis dyre lithium-kobolt-oxygen blanding. Men den har det problem, at den kan blive termisk ustabil, og dermed risikerer den at bryde i brand, hvis den belastes hårdt.
Derfor valgte de at arbejde videre på en anden type, nemlig lithium-jern-fosfat blandingen, som har langt bedre termiske egenskaber og derfor kan belastes hårdt. Desuden er den billigere og mere miljøvenlig. Men denne batteritype har det problem, at det tager længere tid at lade op.
Lithium-jern-fosfat batterier (LiFePO4) kendes på markedet i dag. De bruges for eksempel i håndværktøj fra DeWalt.
Ledningsevne blev øget med 10 millioner gange
Forskerne fandt frem til en metode, der øgede batterimaterialets ledningsevne med 10 millioner gange. Samtidig er batteriets holdbarhed forbedret, så det tåler flere op- og afladninger, før det bliver slidt. Det skete ved at overtrække batterimaterialet med en glaslignende lithium-fosfat blanding, som gav en langt mere porøs overflade.
En lille battericelle, som normalt kan oplades og aflades på seks minutter, kan med den nye teknik gøre det samme på 10-20 sekunder.
Dermed bliver lithium-jern-fosfat batterier med ét slag en brugbar teknologi til elbiler.
Det bedste er, at de materialer, der er i brug, er de samme, som industrien bruger på lithium-jern-fosfat batterier i dag. Det er kun fremstillingsprocessen, der ændres.
Dermed er vejen kort for en hurtig produktudvikling og kommercialisering.
Lynopladning kræver forstærket elnet
Gerbrand Ceder siger endda, at den nye viden giver mulighed for, at der kan findes andre kemiske behandlere med lignende eller endnu bedre egenskaber til ultrahurtige batterier.
Det eneste problem, der forudses lige nu, er at almindelige boligers elnet ikke vil kunne klare en hurtig opladning af et bilbatteri. Så enten skal husenes elnet forstærkes, eller også skal hurtige opladninger kun ske på el-servicestationer.
Gerbrand Ceder har sin egen hjemmeside på MIT, men i skrivende øjeblik er sitet ikke tilgængeligt på grund af overvældende interesse. (se link neden for)
Forskningsartiklen kan læses i dagens trykte udgave af Nature.
