Forbedring af batterier er et langt, sejt træk

De senere år har budt på et væld af historier om nye batterityper, der f.eks. kan genoplades på et minut, har fordoblet kapacitet, eller hvis risiko for at selvantænde er mindre. Men i virkelighedens verden må forbrugerne vente noget endnu på en smartphone, der ikke skal i nær­kontakt med en oplader hver dag.

»Udfordringen er, at skridtene set med forbrugerens øjne virker små; det er ofte kun få procent, man forbedrer batteriernes kapacitet med fra år til år,« siger Tejs Vegge, der er professor ved Institut for Energikonvertering og -lagring på DTU og forsker i batterier:

»Medierne fokuserer f.eks. på, at forskere har præsenteret nye batterier, der kan fordoble kapaciteten. Men der går typisk op mod ti år, fra man har et helt nyt koncept, til der kommer et produkt på markedet,« siger han.

Det kan virke paradoksalt, at en teknologi som batterier umiddelbart udvikler sig så langsomt, når man tænker på, hvor mange elektroniske apparater der er afhængige af batterier. Udfordringen ligger især i, hvordan energien lagres i batterierne.

I et almindeligt, genopladeligt lithium-ion-batteri er energiindholdet bestemt af spændingen på batteriet samt mængden af lithium-ioner, der vandrer fra den negative til den positive elektrode, når det aflades, og tilbage igen, når det oplades. Hvis batteriet skal holde på mere energi og kunne levere mere strøm, kræver det, at man eksempelvis kan pakke lithium tættere i elektroderne eller kan overføre mere energi pr. ion.

Tejs Vegge vurderer derfor, at der nok skal helt nye koncepter til, hvis batteriernes kapacitet skal forbedres.

»I de 25 år, vi har haft lithium-ion-batterier, har man fokuseret meget på pris, sikkerhed og materialesammensætning i katoden, og det har givet cirka en fordobling i kapaciteten. Hvis man vil have en stor ændring, skal man have fat i helt andre koncepter,« siger han.

Lithium-ion-batterier får selskab

Et koncept, som ser lovende ud, er at skifte lithium ud med aluminium. Det har forskere fra Stanford University gjort, og de kunne for nylig i det videnskabelige tidsskrift Nature præsentere en ny type batteri, der er billigt, bøjeligt og har en opladningstid på ét minut.

Og det er ikke helt dumt at bruge det billige aluminium i batterier. Det har nemlig en klar fordel i forhold til lithium:

»Forskningen på Stanford viser eksempelvis, at man med aluminium-ioner kan flytte tre elektroner pr. ion, mens lithium-ionerne kun kan flytte én. Det giver nye muligheder. Indtil nu har det dog været svært at få aluminium-ioner til at bevæge sig hurtigt nok til at sikre en god holdbarhed, men her ser resultaterne fra Stanford lovende ud,« siger Tejs Vegge.

Læs også: Forskere præsenterer ultrahurtigt aluminiumbatteri

Under alle omstændigheder ser det ud til, at de velkendte lithium-ion-batterier med tiden må vige for andre kemier, når det handler om at øge kapaciteten i batteriet:

»I aluminium-ion-batterier eller metal-luft-batterier kan man virkelig begynde at ændre på kapaciteten på batterierne, men med det kommer der selvfølgelig nye udfordringer. Stabiliteten kan eksempelvis blive udfordret, når vi presser mere energi ind på mindre plads,« siger han.

Det kan blandt andet betyde, at batteriet ikke kan op- og aflade tilstrækkeligt mange gange og med tiden vil tabe kapacitet.

Prisen kan stoppe nye batterier

Søren Knudsen Kær er professor og forsker i batterisystemer ved Institut for Energiteknik på Aalborg Universitet, og han forklarer den – set fra forbrugerens side – langsomme batteriudvikling på denne måde:

»Udviklingen kører i to parallelle spor, hvor man i det ene eksempelvis vil optimere kendte batteri­teknologier, så de bliver mere holdbare, så energitætheden bliver højere, og så man kan op- og aflade med større effekt.«

»Det andet spor er mere langsigtet. Der ser man på nye kemier, og der må man erkende, at det bare tager længere tid, fra man har identificeret nye kemier, til man har et produkt, der kan blive tilgængeligt,« siger Søren Knudsen Kær.

Han forklarer videre, at der sagtens kan være nye og bedre batterier ude i laboratorierne, som i princippet er klar til at komme på butikshylderne; problemet er bare prisen.

»Selvom der sker en løbende udvikling, er det ikke alene nok til, at man kan se det på markedet – prisen skal også være konkurrencedygtig. Så længe det er en udvikling, som er på vej hen mod en introduktion i storskala, er det svært at drive prisen ned, for den kommer først, når man laver en masseproduk­tion,« siger han.

Ifølge Tejs Vegge kan vi dog fremover håbe på en lidt hurtigere gennemløbstid for nye batterikoncepter:

»Men fra man har vist et koncept, til man har et produkt, der er holdbart og sikkert, går der nok stadig noget tid. Det skal jo være så sikkert, at du tør at tage det i lommen eller med i håndbagagen om bord på et fly,« siger han.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hvor meget jeg så end gerne vil kunne oplade min mobil på et minut og at den kan holde strøm i et år, så er det altså ikke derfor jeg ønske bedre batterier. Men hvis det er der udviklingen kommer fra skal der ikke komme bebrejdende ord herfra derom.

  • 4
  • 0

Hvor meget jeg så end gerne vil kunne oplade min mobil på et minut og at den kan holde strøm i et år, så er det altså ikke derfor jeg ønske bedre batterier. Men hvis det er der udviklingen kommer fra skal der ikke komme bebrejdende ord herfra derom.

Det er vel tablet, smartphones og PC'er der har drevet markedet i mange år, fordi det er mia af enheder vi taler om. Men hvis der kommer lidt mere salg i El-bilerne, og det ser det jo ud til år for år, så er de nok også snart en medvirkende faktor i sig selv pga. mængden af batterier der skal i sådan en sucker.

  • 1
  • 0

Der er langt imellem at man hører om udviklingen af denne type batterier, som ellers har været på markedet i mange år. Brint er jo kun netop brugbart, fordi luften (ilten) ikke skal medbringes. I de mest kendte batterier svarer teknologien til den der bruges i raketter, alt brændstoffet er samlet, både det der "iltes" og det der "ilter".

  • 1
  • 2

I de mest kendte batterier svarer teknologien til den der bruges i raketter, alt brændstoffet er samlet, både det der "iltes" og det der "ilter".

Nu er det jo bare ikke en iltning (oxidation) der sker i elektrokemiske celler, uanset om det er engangsceller (primary cells) eller akkumulatorer (secondary cells). Der er mig bekendt kun to principper:

  1. Man flytter et grundstof eller en gundstofforbindelse fra en elektrode til en anden og i den forbindelse forandres elektrolytten. Det er det der sker i den klassiske bly/syre-akkumulator.

  2. Elektrolytten er uforandret, men der sker et valansspring i et grundstof eller en grundstofforbindelse. Det er det der sker i alkaliske celler.

John Larsson

  • 5
  • 0

Når det er så svært at udvikle bedre batterityper, så forstår jeg ikke, hvorfor fabrikanterne af tablets og den slags prøver at overgå hinanden med "markedets fladeste PC". Det presser batteriernes størrelse ned. Jeg har ingen nytte af at have en tablet, der er 20mm tyk i stedet for en på 24 mm med længere batteritid.

Eller en mobiltelefon: Min gamle Nokia vejer 139 gram; heraf batteriet 26 gram. Skulle det være så svært at fordoble batteriets kapacitet ved at gøre det dobbelt så stort ? Om mobilen vejer 139 eller 165 gram var ikke være afgørende, dengang jeg købte den.

  • 2
  • 1

Min gamle Nokia vejer 139 gram; heraf batteriet 26 gram. Skulle det være så svært at fordoble batteriets kapacitet ved at gøre det dobbelt så stort ? Om mobilen vejer 139 eller 165 gram var ikke være afgørende, dengang jeg købte den

Du er ikke alene. En undersøgelse af forbrugernes ønsker viste at det er vigtigere for de fleste med længere batteritid end tyndere apparater. Min gamle Samsung håndværkermobil holdt batteri i næsten en måned. Det var dejligt! Men jeg har mere brug for kalender og GPS i min ny telefon, en Note 3 med USB 3. Den holder så batteri i to dage og lader hurtigt op.

  • 0
  • 0

Er dette felt ikke så vanvittigt kommercielt, at frontforskningen snarere sker bag lukkede døre ude i virksomhederne end på universiteterne? I princippet kunne der derfor sagtens stå en teknologi klar til markedslancering allerede i morgen. Så alt bliver holdt hemmeligt, ved vi det ikke.

Tesla m.fl. har nok en del forskning på området, da nye og bedre batterier virkelig vil gøre en forskel for deres forretning.

  • 1
  • 0

Helt sikkert vil Tesla gerne have nye og væsentligt bedre akkumulatorer. De nuværende er en hæmsko for at gøre elbiler til et reelt alternativ. desværre sker dette ikke på nogle få år, og indtil da vil elbiler mest være en kuriositet.

Skulle de sælges på almindelige vilkår, var der ikke solgt nogle i Danmark.

  • 1
  • 3

Et koncept, som ser lovende ud, er at skifte lithium ud med aluminium. Det har forskere fra Stanford University gjort, og de kunne for nylig i det videnskabelige tidsskrift Nature præsentere en ny type batteri, der er billigt, bøjeligt og har en opladningstid på ét minut.

Her har de anvendt zink:

University of Waterloo. (2016, August 26). Chemists develop promising cheap, sustainable battery for grid energy storage. ScienceDaily: Citat: "... Chemists have developed a long-lasting zinc-ion battery that costs half the price of current lithium-ion batteries and could help enable communities to shift away from traditional power plants and into renewable solar and wind energy production. ... The battery uses safe, non-flammable, non-toxic materials and a pH-neutral, water-based salt. It consists of a water-based electrolyte, a pillared vanadium oxide positive electrode and an inexpensive metallic zinc negative electrode. The battery generates electricity through a reversible process called intercalation, where positively-charged zinc ions are oxidized from the zinc metal negative electrode, travel through the electrolyte and insert between the layers of vanadium oxide nanosheets in the positive electrode. This drives the flow of electrons in the external circuit, creating an electrical current. The reverse process occurs on charge. The cell represents the first demonstration of zinc ion intercalation in a solid state material that satisfies four vital criteria: high reversibility, rate and capacity and no zinc dendrite formation. It provides more than 1,000 cycles with 80 per cent capacity retention and an estimated energy density of 450 watt-hours per litre. Lithium-ion batteries also operate by intercalation--of lithium ions--but they typically use expensive, flammable, organic electrolytes. ..."

  • 1
  • 0

Hej.

Min mobil-telefon har utrolig kort batteri-tid førend at den skal oplades igen. Og så tager det relativ lang tid førend den er helt opladet. Dette er store irritations-ting i min verden. Dette er en af grundene til at jeg har 2 mobiltelefoner. Den sidste som jeg købte kostede under 1000 kr.

Førhen var der snak om at man kunne bruge brændstof i stedet for batteri i mobiltelefoner. Man kunne vist bruge methanol eller noget andet. Men den ide er jo ikke rigtigt kommet ud til flertallet af forbrugere.

Som en anden debat-deltager er inde på ville jeg godt have en fysisk større og tungere telefon, hvis det gav bedre batteri-tid.

M.h.t. mobil-telefoner og elbiler er det lige før, at jeg godt vil have mindre batteritid før opladning, hvis batteriet kunne oplades markant hurtigere end de nuværende batterier.

Venlig hilsen Jan Hervig Nielsen Ideudvikler Projekt Trafiksikkerhed ( og Projekt Smørhul )

  • 0
  • 0

M.h.t. mobil-telefoner og elbiler er det lige før, at jeg godt vil have mindre batteritid før opladning, hvis batteriet kunne oplades markant hurtigere end de nuværende batterier.

Så er det da heldigt, at det ikke er et spørgsmål om enten eller. Batteriudviklingen går i retning af billigere batterier med bedre holdbarhed, højere kapacitet og hurtigere opladning. Men som Jan også skriver, er der stadig en del at ønske på BMS-fronten for billig forbrugerelektronik.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten