Et batteri bestående av kun faststoffer, som ikke kan ta fyr og som lar seg hurtiglade, er den nye oppfinnelsen til professor John B. Goodenough.
94-åringen er mest kjent som en av oppfinnerne av litiumionbatteriet, som har blitt en uunnværlig del av dagens teknologi.
Det nye batteriet er utviklet av en gruppe ved Cockrell School of Engineering ved University of Texas, som Goodenough ledet.
I et intervju med Quartz i 2015, sa Goodenough at han ikke har troen på at små kapasitetsøkninger i litiumionbatterier, slik vi har sett frem til nå, er veien å gå.
– Du trenger noe noe som gir deg et steg, ikke en liten økning, sa han.
- Litiumionebatterier: Nå faller prisen raskere enn noen gang
Metallanoder
Han ga uttrykk for at han ønsker å få til dette steget i sin levetid, og at batterier med metallanoder er veien å gå.
I dag har litiumionbatterier typisk anoder av karbon som fungerer som en struktur som holder litium. Energi tas ut av et batteri når litium beveger seg til katoden via en elektrolytt. Jo mer litium du har tilgjengelig på anodesiden, jo mer strøm kan du ta ut, enkelt sagt.
Om man erstatter karbonstrukturen med rent litiummetall, får man langt mer kapasitet. Problemet med dette er at det dannes dendritter på anoden når batteriet lades opp.
Dette er kort sagt små, spisse strukturer, som kan vokse seg gjennom elektrolytten, og kortslutte med katoden. Da kan det oppstå brann, blant annet fordi den flytende elektrolytten som brukes er brennbar.
Den hellige gral for batterier er derfor å lage et batteri med metallanode, og en faststoffelektrolytt som hindrer veksten av dendritter. Med en passende katode kan man da lage et batteri med langt større kapasitet.
- 199 år gammelt batteri: Kan lagre strøm og lage hydrogen
Melder om gjennombrudd
Mange jobber med dette, og flere lovende resultater har vært presentert. Nå melder Goodenough seg på, med et slik batteri universitetet beskriver som et gjennombrudd.
Rent praktisk er det i dette tilfellet snakk om en strategi for hvordan faststoffbatterier som har de nødvendige egenskapene som kreves i en elbil kan designes.
Batteriet skal ha lav kostnad, og ha lang levetid. Det har høy energitetthet per volumenhet, og kan lades opp og ut med høy effekt, skriver University of Texas i en melding.
Batteriet har minst tre ganger så høy energitetthet som dagens litiumionbatterier, og kan lades på minutter i stedet for timer. Etter 1200 ladesykluser, har batteriet fremdeles lav indre motstand. Forsøk viser også at batteriet etter 250 ladesykluser ikke har noen reduksjon i energitetthet.
En forskningsartikkel er publisert i journalen Energy & Enviromental Science.
-
Snart klar til produksjon: «Nytt batteri med særlig høy energitetthet» er snart klart til produksjon
Kan gi elbiler med lengre rekkevidde
Goodenough mener at oppfinnelsen kan løse flere av problemene som hindrer utbredelsen av elbiler.
Lavere pris vil gi billigere biler, ettersom batteriet utgjør en vesentlig del av prisen på en elbil. Høyere energitetthet vil gi mindre batterier, eller eventuelt mulighet for mer energi på samme plass. Og selv om batteribranner er sjeldent, vil et batteri som ikke kan ta fyr gi større sikkerhet.
De har brukt anoder av alkalisk metall. Litium og natrium er testet ut. Potensielt kan energikapasiteten i batterier med metallanoder økes med 60 prosent.
I det nye batterier har de brukt en faststoffelektrolytt av glass, som skal ha høy ledeevne i temperaturer fra 20 kuldegrader til 60 varmegrader, noe som sikrer god ytelse i svært mange strøk.
Denne glasselektrolytten skal også gjøre det enklere å produsere celler, ettersom anode- og katodematerialer kan legges rett på hver side.
Katodematerialet består av blant annet svovel, slik at den demonstrerte cellen i praksis er en litiumsvovel-celle.
- Mer brannsikre batterier: Slukker brannen på 0,4 sekunder
Natrium kan gi billigere batterier
En fordel med elektrolytten er at forsøkene viser at den fungerer bra med natrium, som er langt enklere tilgjengelig enn litium. Det gjør det mulig å produsere batterier med mindre miljøfotavtrykk.
Litium må enten sprenges ut av fjell, eller tas ut fra saltsjøer. Natrium kan høstes fra havet, ettersom det er det vanligste metallet i sjøvann, med 10 561 deler per million. En liter sjøvann inneholder omtrent 27 gram natriumklorid.
Metallisk natrium fremstilles ved elektrolyse av smeltet natriumklorid i en Downs-celle.
En annen fordel er at mens litium i praksis er en begrenset ressurs, er natrium i praksis en ubegrenset ressurs, ettersom det er det sjuende mest vanlige grunnstoffet i jordskorpen.
Men teknologien fungerer også med litium, ifølge forskningsartikkelen. Litium gir også høyere kapasitet enn natrium.
- Les også: Brukte elbilbatterier blir ikke til nye
Arbeidet fortsetter
Goodenough har jobbet med utviklingen av batterier med metallanoder i en årrekke, men det er ikke noe han har kommet på selv, ei heller noe han har vært alene om å forske på.
Glasselektrolytten som brukes i det nye batteriet er heller ikke hans oppfinnelse. Denne er utviklet av kollega Maria Helena Braga ved Cockrell.
De fortsetter arbeidet, og håper å finne batteriprodusenter å samarbeide med, slik at de kan utvikle og teste batteriet i elbiler og energilagring.
Goodenough og kollegenes oppfinnelse har foreløpig et stykke igjen å gå. At de melder om lovende resultater i en artikkel er tross alt ikke det samme som at et batteri basert på resultatene er rett rundt hjørnet.
Men i artikkelen heter det at resultatene potensielt kan gi en trygg og billig faststoffcelle med stor kapasitet som gir stor energitetthet og lang levetid som kan brukes i elbiler og lagring av vind- og solenergi.
Til avisen Austin American-Statesman, sier Goodenough at han tror oppdagelsen deres kan løse mange av problemene med dagens batterier. Men hvor mye det vil forbedre batterier sammenlignet med i dag, kommer an på hvordan batteriprodusenter tar teknologien i bruk.
- Norske forskere: Utvikler batterier som kan lades 1000 ganger raskere
Tror el-anlegg i husholdninger blir flaskehalsen
Scott Hinson, lederen for det Texas-baserte forskningsselskapet Pecan Street, som ikke har hatt noe med utviklingen av teknologien å gjøre, sier til avisen at de har sett på forskningsartikkelen til utviklerne, og ikke funnet noen åpenbare problemer.
Den største begrensende faktoren er ifølge Hinson at det elektriske anlegget i et vanlig hus ikke er dimensjonert til å levere så mye effekt som dette batteriet kan lades med.
Andre som jobber med faststoffbatterier inklderer en gruppe ved University of Maryland, som tidligere i år meldte om et gjennombrudd hvor de har brukt faststoffelektrolytt av mineralet granat.
De hevder at teknologien vil egne seg bra til batterier som har høy kapasitet og mulighet for hurtiglading.
En av forskerne bak denne oppfinnelsen sa til Teknisk Ukeblad at det eneste problemet som må løses før teknologien kan kommersialiseres, er å skaffe investeringer til oppskalering.
- Les flere artikler om batterier.
