Stanford-forskere hævder at forlænge lithium-ion-batteriers liv med 30 procent

Illustration: Stanford University

Forskere fra Stanford University kan have fundet en måde at genoplive genopladelige lithium-ion-batterier på. Deres opdagelse kan potentielt forlænge elbilers rækkevidde og batteriers levetid i fremtidens elektronik.

Det skriver Stanford University i USA på sin hjemmeside, efter forskergruppens nye studie under titlen ‘Dynamic spatial progression of isolated lithium during battery operations’ for nylig blev publiceret i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature.

»Vi udforsker nu potentialet for at genskabe tabt kapacitet i lithium-ion-batterier ved at indføre et trin, hvor de aflades ekstremt hurtig,« lyder det fra hovedforfatteren på det nye studie, Fang Liu, der er adjunkt ved afdelingen for materiale- og ingeniørvidenskab på Stanford University.

Stanford-forskerne hævder, at det med dette ekstra ‘trin’ forsinkede nedbrydningen af en række testbatterier og øgede deres levetid med næsten 30 procent, hvilket de også validerede gennem computersimulationer.

Lithium kryber som en orm

Når lithium-batterier op- og aflader, dannes der med tiden områder med elektrokemisk inaktivt lithium, der ikke længere når ud til katode og anode (elektroderne). Med tiden vokser disse områder, og batterierne mister dem deres kapacitet til at lagre energi.

Forskerholdet opdagede, at de kunne få det inaktive lithium til at ‘krybe som en orm’, indtil det igen når ud til anoden, hvilket genopretter en del af batteriets kapacitet.

resurrectinglithiumislandstatessvfinal.gif

Animationen herover viser, hvor opladning og afladning af en lithium-battericelle får et område med inaktivt eller løsrevet lithium-metal til at krybe frem og tilbage mellem elektroderne. Bevægelsen af lithium-ioner frem og tilbage gennem batteriets elektrolyt (mellem katode og anode), hvilket skaber områder med negativ (lilla) og positiv (rød) spænding for enden af området, som skifter plads, når batteriet henholdsvis op- og aflades.

»Jeg har altid tænkt på det isolerede lithium som noget dårligt, siden det får batterier til at blive dårligere og endda gå i brand. Men nu har vi opdaget, hvordan man elektrisk genopretter den ‘døde’ lithium med den negative elektrode for at genaktivere den,« lyder det fra Yi Cui, der er professor ved afdelingen for materiale- og ingeniørvidenskab på Stanford University.

Ikke helt død

Ideen til projektet opstod ved, at professor Yi Cui spekulerede, om man ved at påføre spænding til et batteris katode og anode kunne få området med inaktivt lithium til fysisk at bevæge sig. Han samlede derfor holdet, der fremstille det første testbatteri. Det bestod af en NMC-katode (af nikkel, mangan og kobolt), en lithium-anode, og der blev i den mellemliggende elektrolyt indsat en ‘ø’ med inaktivt lithium.

Deres testbatteri gjorde det muligt at følge, hvad der skete inde i batteriet i realtid. På den måde opdagede de, at den ‘døde’ lithium slet ikke var død, men reagerede på op- og afladning, hvor den bevægede sig mod henholdsvis katode og anode.

»Det er som en meget langsom orm, der trækker hovedet fremad og trækker halen ind for at bevæge sig nanometer for nanometer. Hvis vi kan holde lithium-ormen i bevægelse, vil den i sidste ende røre anoden og genetablere den elektriske forbindelse,« lyder det fra Yi Cui.

Forskerholdet demonstrerede og validerede efterfølgende dette med andre testbatterier og gennem computersimulationer. Men hvad er det så for et ekstra ‘trin’, som vækkede batteriets ‘døde’ lithium tilbage til live? Adjunkt Fang Liu forklarer, at holdet fandt ud af, at ‘lithium-ormens’ bevægelser mod anoden var hurtigere under høje spændinger.

»Så vi tilføjede et hurtigt afladnings-trin med høj strømstyrke lige efter batteriopladningen, som flyttede det isolerede lithium langt nok tilbage til at forbinde det med anoden igen (under afladning, red.). Dette genaktiverer lithiummet, så det kan blive en del af batteriets levetid.«

Illustration: Stanford University

Rettelse 12. januar 2022 klokken 10.11: I citat nederst i artiklen var der en fejloversættelse. Her stod der tidligere 'spænding' i stedet for det korrekte 'strømstyrke'.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

“So we added a fast, high-current discharging step right after the battery charges, which moved the isolated lithium far enough to reconnect it with the anode. This reactivates the lithium so it can participate in the life of the battery.”

  • 12
  • 0

“So we added a fast, high-current discharging step right after the battery charges, which moved the isolated lithium far enough to reconnect it with the anode. This reactivates the lithium so it can participate in the life of the battery.”

Ud over den åbentlyse fejloversættelse, så er giver det jo heller ikke mening. Hvordan skulle man øge spændingen under AFLADNING. Den er jo fast i et batteri eller nok endda lidt faldende alt efter ladestand og hvor meget strøm der trækkes.

  • 1
  • 1
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten