I dag bruker elbiler svære litium-ionbatterier. Disse er slett ikke verst. De kan lagre ganske mye energi i forhold til vekten. De trenger heller ikke utlades helt hver gang før de lades på nytt, så du kan oftest sette bilen på lading når det passer deg uten å tenke for mye på om du ødelegger batteriet.
Men disse batteriene har fremdeles lav energitetthet for framtidas elektriske biler og annet bru. De er også både ustabile og brannfarlige, så det er kanskje ikke så rart om fagfolk leter etter alternativer.
– Faststoffbatterier kan være framtida for morgendagens elbiler, sier professor Daniel Rettenwander ved Institutt for materialteknologi ved NTNU.
Rettenwander er del av et forskerteam som studerer hvordan faststoffbatterier kan lades mye raskere, og bli sikrere og lettere å resirkulere. De har laget en artikkel som er publisert i Nature Communications. Forskerne i Norge har samarbeidet med folk i Østerrike, Tyskland og USA.
Funnene kan være viktige som en del av arbeidet med å få flere til å ta i bruk faststoffbatterier, og som en teknologi som senere kan kommersialiseres.
Fordeler med faststoffbatterier
Faststoffbatterier har flere fordeler i forhold til litium-ionbatteriene. De kan ha høyere spenning og høyere energikapasitet i forhold til vekt og volum.
Slike batterier brukes i dag blant annet i pacemakere og bærbar elektronikk der det er spesielt praktisk om batteriene er små. Det er også lettere å lage disse små batteriene. For store batterier er produksjonen og teknologien foreløpig for dyr.
Faststoffbatterier kan også være tryggere. De tåler blant annet mye større temperatursvingninger enn litium-ionbatteriene gjør. Dette er spesielt hyggelig på kalde vintermorgener i garasjen eller på langtur.
I tillegg er faststoffbatterier mindre brannfarlige enn litium-ionbatteriene fordi de ikke inneholder en flytende elektrolytt. Disse elektrolyttene er ladete substanser som er nødvendige for å overføre strøm. Det ligger i navnet at faststoffbatterier bruker faste stoffer istedenfor de langt mer vanlige flytende elektrolyttene.
Raskere å lade opp med ny innsikt
Men faststoffbatterier kan bli raskere å lade opp enn de er i dag. En utfordring er at det er vanskeligere å bruke faste stoffer enn flytende for å overføre elektriske ladninger.
– Vi har undersøkt hvordan vi kan få til å lade faststoffbatterier mer effektivt ved en høyere elektrisk strøm. Dette reduserer ladetiden, sier doktorgradsstudent Florian Flatscher, som sammen med Rettenwander og Verena Reisecker har vært sentral i arbeidet med artikkelen.
Mekanismene bak er svært kompliserte for de fleste av oss, men de som allerede har litt greie på dette kan ta en kikk på artikkelen her. Resultatene fra forskningen kan også bidra til at faststoffbatterier blir lettere å resirkulere.
Bidrar til sikrere batterier
Forskerne vet dessuten i tillegg mer om hvorfor faststoffbatterier bryter sammen. Det sier seg selv at dette er viktig.
– Faststoffbatterier bruker også litium. Vi ser at litiumaktiviteten kan spille en kritisk rolle når faststoffbatterier slutter å virke, sier professor Rettenwander.
Dette er helt ny innsikt, og et steg på veien til å forstå de underliggende mekanismene bak såkalte «dendritter». Disse er et problem i faststoffbatterier. I denne sammenhengen er dendritter spesielle litiumpartikler som kan dannes ved korrosjon og mekanisk stress. Disse litiumpartiklene kan igjen kortslutte ledere.
– Vi vet nå mer om hvordan vi kan unngå at slike dendritter danner seg. Det er en fordel for sikkerheten, sier Flatscher.
Faststoffbatterier er dyrere enn litiumbatterier, men dette kan endre seg når masseproduksjonen kommer i gang. Flere produsenter har varslet at de er på vei med biler som bruker faststoffbatterier. De første kan komme allerede til neste år.
Referanse: Reisecker, V., Flatscher, F., Porz, L. et al. Effect of pulse-current-based protocols on the lithium dendrite formation and evolution in all-solid-state batteries. Nat Commun 14, 2432 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-37476-y
Denne artikkelen ble først publisert på Gemini.no.
