Litiumbatterier finner du overalt, i skip, i biler, i bærbare pc-er og mobiltelefoner.
Men en del av kapasiteten i et litiumbatteri går tapt allerede rett etter at det tas i bruk.
Nå har forskere ved NTNU funnet metoder som kan forlenge batteriets levetid og forbedre kapasiteten, spesielt ved lave temperaturer.
Kanskje kan vi i framtida bruke batteriene helt ned mot minus 50 grader celsius mot rundt minus 10 grader i dag. Men det er i så fall et stykke frem dit.
Sånn fungerer det normalt
Et batteri er bygget opp med to elektroder, eller strømførende stoff om du vil. Disse elektrodene har hver sin ladning.
Den negative elektroden kalles en anode, og består i dette tilfellet av grafitt, som er rent karbon. Mellom elektrodene er en elektrolytt som leder litium-ioner; disse kommer fra et litiumsalt som er løst i en væskefase (organisk syre). Det forskerne ved NTNU har gjort er å endre denne elektrolytten.
På overflaten av anoden, som er laget av karbon, felles det ut en tynn film, en såkalt SEI (Solid Electrolyte Interphase). Denne filmen har en kompleks sammensetning, og består blant annet av litium-forbindelser.
– Denne filmen er helt nødvendig for at batteriet skal virke, sier professor Ann Mari Svensson ved Institutt for materialteknologi.
SEI-filmen dannes ved førstegangs opplading av batteriene. Levetid, termisk stabilitet, og kapasitet, spesielt ved høye rater, avhenger sterkt av denne beskyttende SEI-filmen.
Les også: Snart kan det bli forbudt å frakte litiumbatterier på fly
Utfordring
Litium som er bundet i SEI-filmen, kan ikke delta i opp-/og utladingsreaksjonene, og gir også en risiko med hensyn til termisk stabilitet. I klarspråk betyr det at batterier tar fyr.
– Siden vi ikke kan tilføre mer litium, er det et problem, sier stipendiat Ahmet Oguz Tezel ved Institutt for materialteknologi ved NTNU, som har vært helt sentral i dette arbeidet.
Da må du isteden ta vare på det litiumet du allerede har tilført batteriet. Tezel leverer i disse dager inn sitt doktorgradsarbeid. Han har studert dannelsen av SEI-lag, og spesielt hvordan de påvirkes av sammensetningen av elektrolytten.
Les også: Slik sjekker du om elbil-batteriet begynner å svikte
Flere forbedringer
Tezel har jobbet med modifikasjoner av elektrolytten som har gitt forbedringer i levetid og kapasitet, spesielt ved lave temperaturer.
Videre har han jobbet med en forbehandlingsmetode, som har gitt svært lovende resultater i forhold til SEI-sjiktet, og hvordan en kan unngå å binde for mye litium i dette. Da kan mer litium delta i opplading og utlading isteden.
Andre av Tezels tester viser også betydelige muligheter for andre forbedringer. Han kan få batterier til å fungere ved langt lavere temperatur enn det som nå er vanlig.
Mens litiumbatterier flest gir seg ved minus 10 grader celsius, kan batterier som inneholder det organiske stoffet propylenkarbonat (PC) fungere under langt kaldere forhold, nemlig ned mot – 50 grader celsius.
I dag benyttes et lignende stoff, ethylenkarbonat (EC), som gjør elektrolytten tregtflytende ved lave temperaturer.
– Vi har ikke fått bekreftet dette ennå, understreker Tezel, men forskningen har gitt oss noen hint om hvordan dette kan realiseres.
Veiledere for Tezel er professor Ann Mari Svensson og professor Svein Sunde ved Institutt for materialteknologi ved NTNU. Tezel er i dag ansatt i Graphene Batteries AS.
Les også: Batteri-tilhenger kan øke elbilens rekkevidde med 500 km
