Ny batterikjemi kan doble rekkevidden

DETTE ER SAKEN: Australske forskere har utviklet en litium-svovelbatteri-prototype som skal kunne fordoble energimengden i batteriene.

Litiumion-batteriet vil fremstå som en av forrige århundres desidert viktigste oppfinnelser og det er ikke tilfeldig at tre av de sentrale personene bak den oppfinnelsen fikk Nobelprisen i kjemi i 2019.

Det relativt kompakte og driftssikre energilageret har muliggjort en rekke aktiviteter i hverdagen som ville vært mye mer tungvinne hvis det ikke hadde eksistert – fra smarttelefoner til moderne elbiler. 

Som vår store vintertest av elbiler nylig har vist, er elbilene blitt vesentlig mye bedre på bare noen få år og duger som transportløsning for svært mange.

Likevel: Elbilen er ikke ennå konkurransedyktig i et globalt perspektiv, tross kontinuerlige forbedringer. 

For biler ville det utvilsomt vært en fordel å finne frem til en enda mer kompakt og effektiv måte å lagre den medbrakte energien på, i hvert fall så lenge verken raske og rimelige batteribyttetjenester eller mulighet for induksjonslading under kjøring, fremstår som realistiske løsninger i nær fremtid.

Også hydrogen og brenselceller er et alternativ til batterielektriske biler som stadig blir skjøvet fremover i tid.

Svovel som svar?

Derfor foregår det intens forskning og utvikling innen batteriteknologi for å øke energieffektiviteten, i ulike retninger.

Såkalte faststoffbatterier, der elektrolytten er fast i stedet for flytende, er en retning som virker lovende.

En annen er endringer i den kjemiske sammensetningen av batteriene; i Norge er det for eksempel blitt forsket på muligheten for å bruke silisium som materiale i anodene i stedet for grafitt.

En av de løsningene det forskes på i dag er såkalt litium-svovel-teknologi. 

Hvis en slik teknologi kan brukes i elbilbatterier, skal det kunne føre til en dobling av rekkevidden til elbilene – en Li-S-battericelle kan holde på fire ganger så mye energi som en Li-ion-celle, og i en batteripakke på størrelse av dem vi har i dag, vil man fortsatt kunne lade dobbelt så mye som i dagens litiumion-batterier.

En elbil av nyeste generasjon med slike batterier ville ifølge utregningene til forskergruppen kunne tilbakelegge opptil 1000 kilometer på en lading.

Hevder å ha løsningen

Australske forskere hevder nå at litium-svovel (Li-S)-batterier i elbiler snart kan være en realitet, takket være utviklingen av langt mer holdbare katoder enn før.

Nyheten ble i forrige måned rapportert på nettstedet til IEEE, (Institute of Electrical and Electronics Engineers), som er en verdensomspennende, ideell organisasjon som samler fagfolk innenfor elektronikk og elektroteknikk. 

Forskningsresultatene var blitt publisert i tidsskriftet Science Advances av en gruppe forskere ved Australias ledende universitet, Monash University, basert i Melbourne.

Forskningen indikerer at litium-svovelbatteriers lavere vekt og produksjonskostnader ville gjøre slike batterier attraktive for elbilprodusenter, men inntil nå har det ikke vært mulig å gjennomføre mange gjentatte lade/utlade-sykluser – fordi svovelkatodene i slike batterier utvides med litiumioner under utlading, og krymper når de lades.

Dette igjen fører til ekstrem korrosjon av katodene – de nærmest smuldrer opp – og dermed kortere levetid for slike batterier. Ifølge IEEE Spektrum blir katodene ødelagt etter bare 40 til 50 ladesykluser.

Forskerne ved Monash-universitetet hevder nå de har laget en mer holdbar og solid katode for litium-svovelbatterier, som kan takle langt flere lade/utlade-sykluser.

Dette er oppnådd gjennom å øke tilgjengelig plass for katodene ved å redusere mengden bindemiddel som brukes.

– Dette gir mer plass til strukturendringene og den resulterende belastningen, sier ingeniør innen mekanikk og luft- og romfart, Mahdokht Shaibani, til IEEE Spectrum.

– Resultatet er at svovel-elektroden bevarer sin stabilitet og yteevne også etter gjentatte sykluser over tid.

Gruppens store lommeceller holdt i 100 sykluser. Store celler gir kortere levetid for batteriet, men ved å klare å stabilisere også litium-elektroden, håper gruppen å ha et levedyktig batteri som kan markedsføres i løpet av en to- til fireårsperiode.

Rimelig og miljøvennlig å produsere

I en uttalelse på vegne av forskningsgruppen, sier professor Matthew Hill:

– Denne tilnærmingen muliggjør ikke bare målbart høye ytelser, men er også enkel og svært rimelig å produsere, med vannbaserte prosesser. Det kan føre til betydelige reduksjoner i miljøfarlige utslipp og avfall.»

Hvor sannsynlig det er at denne teknologien faktisk vil bli å finne i elbiler eller mobiltelefoner i fremtiden, gjenstår å se.

Det er ikke første gang det blir skapt blest rundt tilsynelatende revolusjonerende batteriteknologier.

Men de første forskningsresultatene viser at prototype-versjoner av litium-svovelbatterier basert på forskningsgruppens elektroder og produsert av det velrenommerte tyske forsknings- og utviklingsinstituttet Fraunhofer, beholdt 99 prosent av effektiviteten etter over 200 ladesykluser.