Forskere fra Samsung Advanced Institute of Technology og Samsung R&D Institute Japan har nylig pulisert løsninger som kan gi en batterirevolusjon.
Prototypen av faststoffbatteriet er laget som posecelle, og forskerne mener det vil gi rekkevidde på 800 km på én lading.
Batteriet skal tåle 1000 ladesykluser.
Selv hevder Samsung at energitettheten er så god at de nye batteriene kan klare seg med halve volumet av dagens litium ione-battierier. De nye batteriene skal også spare vekt.
Nanosjikt
Batterier med faststoff elektrolytt, som ofte er av glass eller keramisk materiale, har gjerne anode av metallisk litium. Dette anodematerialet har en lei tendens til å fremme veksten av dendritter. Dette er små litiumkrystaller som øker brannfaren, og som også ødelegger den fine kjemiske balansen i et batteri.
Faststoffelektrolytter leder heller ikke strøm like godt som flytende, det kan blant annet føre til at slike batterier ikke gir fra seg strømmen like raskt. Resultatet kan bli lavere aksellerasjon enn elbiler i dag er kjent for.
Nå mener Samsung-forskerne de har en løsning. De har belagt anoden med et 5 µm tynt sjikt av sølv og karbon. Selv kaller de det en Ag-C nanokompositt.
Resultatene er helst ferske, forskerne publiserte en artikkel i Nature Energy, et vitenskapelig tidsskrift, 9. mars i år.
Faststoffbatterier kan oppnå høyere energitetthet enn dagens batterier. Den første prototypen som Samsung-forskerne har laget viser at komposittsjiktet har flere fordeler. Tykkelsen på anoden kan også reduseres, dermed kan de oppnå en energitetthet på 900 Wh/l.
Ifølge en pressemelding fra Samsung vil de kunne redusere volumet med nær 50 prosent, sammenlignet med et konvensjonelt batteri.
Fjerner 13,5 kg kobolt
Faststoffbatterier kan klare seg uten kobolt, som i dag brukes i form av koboltoksid på batteriets plusspol. Innholdet av kobolt varierer med både batteriets kapasitet og type, i snitt ligger det på 13,5 kg i et bilbatteri, skriver tyske VDI Nachrichten.
Det er flere utfordringer med kobolt, og det jobbes intenst med å utvikle koboltfire batterier. Selv om det er enorme mengder kobolt i verden, er det vanskelig tilgjengelig. Rundt halvparten av dagens produksjon skjer i Kongo, produksjonen er sterkt forurensende og det skal være utstrakt bruk av barnearbeid. En annen utfordring er prisen, den ligger i dag i størrelsesorden 29.000 euro per tonn.
Tesla skal ha en avtale med kinesiske CATL om å bruke batterier der kobolt er erstattet med jernfosfat, LiFePO-batterier. Avtalen er ikke bekreftet. Ideen er ikke ny, allerede i 1997 foreslo fysikere ved University of Texas å bruke jernfosfat i stedet for koboltoksid. Det tok aldri av, den viktigste grunnen er at ledningsevnen er dårligere enn for koboltoksid. En viktig fordeler at det ikke frigis oksygen fra LiFePO-batterier, dermed er brannfaren betydelig redusert.
Tysk skepsis mot LiFePO
Mercedes-Benz bruker i dag noe LiFePO-batterier i sine hybrider, men til VDI Nachrichten sier representanter for konsernet at det ikke er en noe de vil satse tungt på fremover.
Heller ikke Volkswagen legger mye arbeid i å utvikle batterier med jernforsfat.
– Vi legger mest arbeid i å komme frem til faststoffbatterier og å unngå kobolt. LiFePO står ikke høyt på vår prioriteringsliste, sier Tim Fronzek, pressetalsmann for e-Mobility i Volkswagenkonsernet.
