Ny type elektroder oplader elbiler på fem minutter

Ny type elektroder oplader elbiler på fem minutter

En ny fabrikationsmetode giver batteri-elektroder, der tåler flere hundrede gange hurtigere opladningstid end nu. Det vil give elbiler en hurtig mulighed for at tanke strøm på rastepladser og ladestationer.

Lynhurtig opladning af alle slags batterier bliver gevinsten af en ny metode til at fremstille batterielektroder.

Forskere fra staten Illinois i USA har fundet en fremstillingsproces, som angiveligt giver elektroder, der tåler 400-1.000 gange hurtigere opladning end de nuværende. Det betyder, at et typisk lithium-ion-batteri kan oplades 90 procent på to minutter. Opdagelsen er netop blevet offentliggjort i forskningstidsskriftet Nature Nanotechnology.

»Hvis man kunne lade sin elbil op på fem minutter, så ville man bare køre ind på en ladestation for at fylde op - på samme måde som man i dag fylder benzintanken op,« siger professor Paul Braun, som har ledet forskningsholdet.

Her ses strukturen i de nye elektroder på et elektronmikroskop-foto. Man ser tydeligt de mange huller, hvor polystyren-kuglerne har siddet, mens nikkelstrukturen blev støbt. Det giver en luftig, svampeagtig struktur med en meget stor overflade. Velegnet til at bære det aktive elektrode-materiale. (Foto: University of Illinois at Urbana-Champaign, Illinois, USA)

En af elbilernes væsentlige ulemper, set i forhold til traditionelle biler med forbrændingsmotor, er, at det tager lang tid at 'fylde tanken'. Fuld opladning varer timer, mens en benzin- eller dieseltank kan tankes op med energi på et par minutter.

Problemet har endda ført til en business-case for firmaet Betterplace, som tilbyder en infrastruktur af batteriskiftestationer, hvor elbilister på få minutter kan få et fladt batteri udskiftet med et fuldt opladet.

Opladningstiden er altså en ekstra omkostning og en ekstra ulempe ved elbiler. Så lynopladning har været et ønske på batterifabrikanternes ønskeliste længe. Helst med en kraftig ladestrøm, der minder om det, de store ultrakapacitorer kan tåle. Ultrakapacitorer er kæmpestore kondensatorer, der optager en elektrisk ladning med lynende fart.

Tåler opladning med 100 gange større strøm

Men den energimængde, der kan oplagres i en ultrakapacitor, er lille i forhold til batteriets. I den bedste af alle verdener vil elbilernes energilager have en lagerkapacitet som et batteri og en ladestrøm som en ultrakapacitor.

Og det er præcis, hvad de amerikanske forskere lover med deres nye teknik. I laboratoriet har de foreløbig demonstreret nye batterier, som tåler opladning med en strøm, der er 10-100 gange større end de eksisterende batterier kan klare, skriver magasinet New Scientist.

Det handler ikke om batteriets kemi, kun om at opbygge elektroderne bedre. Derfor kan teknikken bruges til mange af de eksisterende batterityper, eksempelvis NiMh- og Lithium-ion-batterier. Det gode er, at den nye metode kun omfatter processer, som bruges i industrien i forvejen.

Princippet er enkelt. Først behandler forskerne en overflade med bittesmå, billige kugler, faktisk i nanostørrelse. Til forsøgene blev brugt kugler af polystyren. Kuglerne skal pakkes helt tæt, og det gør de af sig selv på grund af kuglefaconen. Derpå bliver de små mellemrum mellem kuglerne fyldt ud med metal, i dette forsøg var det nikkel.

Når metallet er stift, fjernes kuglerne ved smeltning eller opløsning. Tilbage står en svampeagtig metalstruktur med en meget stor overflade. Denne overflade bliver nu poleret øverst, så de mange kugleformede porer kommer til at stå åbne. Til sidst dækkes overfladen med en tynd belægning af det aktive materiale, som skal udgøre elektroden.

»Denne teknik er ikke bundet til en bestemt slags batteri. Det er et nyt paradigme i måden at tænke tre dimensioner ind i elektrodens struktur,« siger Paul Braun til bladet.

Ideen kan blive et fint supplement til andre batterier

Den danske ekspert i batteriteknologi, professor Poul Norby fra Risø DTU, siger:

»Det er et meget spændende resultat. Det er velkendt, at man prøver på forskellige måder at opnå en porøs struktur til elektroderne. Og denne metode ser god ud.«

Poul Norby mener ikke, at den velkendte opsvulmen af katoder bliver et problem med den kugleskabte struktur, fordi det aktive elektrodemateriale kun udgør et tyndt lag oven på nikkelstrukturen.

Han tror dog ikke, det bliver helt billigt at producere elektroder på den nye måde. Og der er også en anden bagside af teknologien, nemlig et fald i energitætheden.

»Det vil jo gå ud over energitætheden pr. kilo, fordi der bliver en nikkelstruktur under det aktive elektrodemateriale, som vejer med i batteriet. Men det kan måske accepteres, når opladningstiden er meget kort,« siger Poul Norby.

»Det er heller ikke sikkert, at denne nye teknik behøver at løse hele batteriproblemet alene. Måske kan der være to slags batterier i en elbil. Den nye teknologi kunne så erstatte en ultrakapacitor og beskytte et almindeligt lithium-ion-batteri mod hårde belastninger,« siger han.

Dokumentation

Artikel i New Scientist
Forskningsartikel i Nature Nanotechnology (koster cirka 100 kroner)

Kommentarer (16)

Det behøver vel ikke at være "lidt ondt ved elnettet".

Fremtidens tankstationer kan vel bare oplagre strømmen fra f.eks. vindmøllers og solcellers overskudsproduktion og fra solceller i kæmpestore batterier, som så kan fylde bilernes batterier op på 5 minutter - mens bilens fører strækker benene!

Det lyder da lidt som om den nye teknologi i væsentlig grad løser problemet med, at vindkraft produceres, når vinden blæser og solkraft, når solen skinner. Og vi får en reel mulighed for at erstatte fossil benzin og diesel med vedvarende energi.

  • 0
  • 0