Billig polymer giver lithium-ion-batterier længere liv
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Billig polymer giver lithium-ion-batterier længere liv

Forskere ved det amerikanske forskningsinstitut Berkeley Lab har fundet en billig måde at øge energitætheden i lithium-batterier. De skifter anode-materialet grafit ud med silicium - på en ny måde.

Der er nemlig ikke noget nyt i at bruge silicium. Det har mange forskere ladet sig friste af, fordi silicium kan absorbere mere end otte gange så mange lithium-ioner som de gængse anoder.

Problemet er imidlertid, at silicium som anode svulmer voldsomt op under opladningen af batteriet - til mere end tre gange større volumen. Det er en stor fysisk belastning, og det ødelægger batteriet. Grafit er ikke en nær så god anode, men den udvider sig mere behersket. Derfor er det den slags lithium-ion-batterier, vi kan købe for tiden.

Lithium-ionbatteriets grafit-anode vokser, når batteriet lades op. Men det er for ingenting at regne i forhold til, hvis der sad en silicium-anode med høj kapacitet i batteriet. Her ses et tydeligt opsvulmet, traditionelt lithium-ion batteri, som angiveligt er slidt op. (Foto: Wikipedia) Illustration: Wikipedia

Nu er løsningen på det problem fundet. Hos Berkeley Lab's EETD (Environmental Energy Technologies Division) har man fundet på at opslemme silicium-partikler i en ny, fleksibel polymer, som er elektrisk ledende, og som tåler den voldsomme udvidelse uden at gå i stykker. Det gode er, at polymeren er billig at fremstille, og den er kompatibel med de fabriksprocesser, som i forvejen bruges i batteriindustrien, skriver Berkeley Lab i en pressemeddelelse.

»Ledende polymer er ikke en ny idé, men tidligere forsøg er ikke faldet godt ud, fordi man ikke har taget hensyn til det stærkt reducerende miljø på anode-siden i et lithium-ion-batteri. Det ændrer en ledende polymer til en isolator,« siger Gao Liu.

Anoden har et nyt plasticmolekyle

Polymeren består af polyfluorene, som har fået tilføjet en såkaldt carbonyl-gruppe med kulstof- og iltatomer. Det medfører, at når et lithium-atom nærmer sig anoden, kommer den først i kontakt med carbonyl-gruppen og afleverer en elektron hertil. Det øger polymerens ledningsevne. Derpå binder lithium-ionen sig til siliciummet.

Forskerne fra EETD samarbejdede med en anden afdeling af forskningsinstituttet ALS (Advanced Light Source) som råder over udstyr til røntgen-spektroskopi. Det gjorde det muligt for dem at forbedre polymer-molekylet yderligere med endnu en kemisk gruppe, som fik polymeren til at binde sig fastere til siliciumpartiklerne.

Efter over 30 op- og afladninger havde polymeren overhovedet ikke ændret sig på trods af siliciummets gentagne udvidelser. Bindingen til silicium var uforandret kraftig, og polymerens evne til at lede strøm var også den samme.

»Flere større firmaer har allerede på nuværende tidspunkt anerkendt, at polymerens handelsværdi er betydelig,« siger Gao Liu.

Anoden er dog ikke den eneste udfordring i at øge lithium-ion-batteriets energiindhold. Berkeley Lab-forskerne lover derfor ikke, at elbilernes hovedproblem - den begrænsede batterikapacitet - nu er løst.

Dokumentation

Berkeley Labs pressemeddelelse
Forskningsartikel i Advanced Materials

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten