Ved hjelp av en nikkelfilm flettet inn i batteriet, kan en temperaturføler aktivere oppvarming av cellene automatisk. Det kan blant annet gi lengre rekkevidde i elbilen om vinteren. (Bilde: Xiao-Guang Yang, Chao-Yang Wang)

ELBIL OG KULDE

Dette batteriet kan gjøre elbilen kuldesikker

Utvikler batteri som kan varme opp seg selv.

Forskere ved Penn State-universitetet i USA har utviklet et litiumionebatteri som holder temperaturen oppe på egen hånd.

Litiumionebatterier er avhengig av å holde et visst temperaturintervall internt for at den indre motstanden ikke skal øke. I kulden går transporten av litiumioner i elektrolytten tregere.  Derfor får elbilen kortere rekkevidde om vinteren .

Det er mange veier rundt dette problemet. For eksempel har Tesla utstyrt sine biler med aktiv temperaturkontroll som holder temperaturen i cellene innenfor et gitt intervall.

Å belaste batteriet vil også sørge for at temperaturen stiger, slik at lading i tiden før bilen skal kjøres kan bidra til å øke kjørelengden.

Det nye batteriet fra Penn State-forskerne kan imidlertid redusere behovet for eksterne oppvarmingssystemer og andre metoder for å holde koken.

Et batteri for kalde klima

De har utviklet et «all-climate»-batteri som varmer seg selv ved hjelp av en 50 mikrometer tykk nikkelfolie, skriver Penn State på sine nettsider.

Denne er er festet til anoden, og når en tredje terminal på utsiden av batteriet. En temperatursensor vil så regulere strømmen, slik at folien varmes opp, og tilfører varme til cellene.

Så snart batteritemperaturen når null grader, skrus varmen av igjen.

Folien kan varme en prototype av batteriet fra 20 kuldegrader til null grader på så lite som 20 sekunder, og fra 30 kuldegrader til null på 30 sekunder, skriver IEEE Spectrum.

Energien hentes fra batteriet, og det går med henholdsvis 3,8 og 5,5 prosent av energien til oppvarming.

Målet er at oppvarming fra 20 kuldegrader skal gå på fem sekunder, og bruke en prosent av batterienergien i 2017.

Mer energi tilgjengelig

Sett i lys av at kapasiteten i et batteri med celler som holder 20 kuldegrader kan ha halvparten av kapasiteten til et batteri som holder romtemperatur, er energiforbruket ikke spesielt høyt.

Batteriet med nikkelfolie skal angivelig kunne gi fem til seks ganger så mye energi ved 30 kuldegrader enn et batteri uten slik oppvarming.

Kalde batterier kan også ha andre ulemper. Dersom elektrolytten har lav temperatur, kan det føre til litiumutfelling på anodene i cellene.

Elbiler vil da nekte å ta lading i disse tilfellene. Ved lave temperaturer kan også regenerering av bremseenergi være mindre effektivt.

Varmeelementene skal også ha et lite fotavtrykk, både fysisk og økonomisk. Vekten øker ifølge forskerne med 1,5 prosent, og prisen øker med 0,04 prosent.

Vektøkningen kan imidlertid forsvares med at det ikke er behov for andre systemer som holder temperaturen oppe.

Oppvarmingen sliter på kapasiteten

Oppvarmingen krever imidlertid sitt av batteriet. Etter 500 oppvarminger er det beregnet at kapasiteten til batteriet har tapt seg med 7,2 prosent.

En kan se for seg at oppvarmingen vil gjentas rimelig ofte under lave temperaturer, men nedkjølingen av batteriet kan ta så mye som 10 timer. I et scenario hvor temperaturen er 30 kuldegrader 30 dager i løpet av et år, vil det være behov for å varme batteriet 30 ganger.

I dette scenarioet vil det ta litt over 16 år å aktivere oppvarmingen 500 ganger. Forskerne mener derfor at kapasitetstapet i batteriet ikke vil redusere batterikapasiteten merkbart.

Generelt vil et litiumionebatteri holde temperaturen i cellene oppe når det er i bruk. Dermed er det ikke nødvendig å varme opp batteriet med nikkelfilmen under bruk.

Hvorvidt det planlegges å gjøre det mulig å varme batteriet med en ekstern strømkilde når for eksempel en bil er koblet til strøm, vites ikke.

Er i pilotproduksjon

Teknologien er allerede ute av laboratoriet, og er nå inne i pilotproduksjon hos EC Power. En av forskerne bak teknologien er medeier i dette selskapet.

Foruten bruk i biler, ser forskerne for seg at teknologien kan brukes på andre områder hvor det er lav temperatur, for eksempel i romfart eller i droner.

Forskernes funn er publisert i Nature.

Få med deg «Nordic EV Summit 2017» den 7. februar 2017.