En ny måte å organisere karbonet i anoden kan gi inntil 50 prosent økt batteriytelse med eksisterende batteriteknologi, ifølge sveitsiske forskere. (Bilde: Montasje, Marius Valle / Juliette Billaud, Florian Bouville, Tommaso Magrini/Paul Scherrer Institute, ETH Zurich)

LITIUMIONEBATERIER

Ny metode kan gi 50 prosent bedre batteriytelse

Karbon, jern, sprit og magneter kan sørge for batterier med bedre ytelse om så lite som et år.

Om anoden i batteriet produseres på en ny måte, kan ytelsen til eksisterende batteriteknologi forbedres med 30 til 50 prosent, og oppladingstiden reduseres.

Det hevdes i en rapport fra sveitsiske forskere ved den tekniske høyskolen ETH i Zürich og Paul Scherrer Institut (PSI), nylig publisert i journalen Nature Energy.

Metoden krever ikke at batterikjemien ellers forandres, og forskerne hevder at den er såpass enkel å implementere at batteriene kan produseres om et år eller to.

Trikset er å gjøre en endring i strukturen til anoden, slik at ionene får en kortere avstand å vandre når batteriet lades opp eller ut, skriver PSI i en pressemelding

Stablet karbon øker kapasiteten

Denne er laget av grafitt, og består av karbonflak som er pakket tilfeldig sammen. Dersom disse flakene heller stables slik at alle står i samme retning, kan ytelsen økes betraktelig.

Kort sagt vandrer litiumioner fra katoden, og lagres i anoden når batteriet lades. Når batteriet skal lades ut, vandrer ionene tilbake til katoden. Når grafittanoden består av uorganiserte karbonflak, må ionene vandre lenger for å nå elektrolytten og fraktes tilbake til katoden. Enkelt sagt tar ionene mange omveier.

Tilfeldige arrangerte grafittflak i en konvensjonell anode (øverst til venstre og midten): Litiumioner som forsøker å feste seg eller returnere til katoden er tvunget til å ta omveier (øverst til høyre). Men om grafitt utsettes for et roterende magnetfelt (nederst), vil flakene i væsken orientere seg vertikalt i parallell formasjon. De beholder denne orienteringen etter at de har tørket (nederst, midten). Ionene får en kortere vei å vandre (nederst, høyre). (Illustrasjon: Juliette Billaud, Florian Bouville, Tommaso Magrini/Paul Scherrer Institut, ETH Zurich).
Tilfeldige arrangerte grafittflak i en konvensjonell anode (øverst til venstre og midten): Litiumioner som forsøker å feste seg eller returnere til katoden er tvunget til å ta omveier (øverst til høyre). Men om grafitt utsettes for et roterende magnetfelt (nederst), vil flakene i væsken orientere seg vertikalt i parallell formasjon. De beholder denne orienteringen etter at de har tørket (nederst, midten). Ionene får en kortere vei å vandre (nederst, høyre). (Illustrasjon: Juliette Billaud, Florian Bouville, Tommaso Magrini/Paul Scherrer Institut, ETH Zurich).

Dette slipper de dersom karbonflakene heller er stablet i samme retning. Forskerne har demonstrert at hvis flakene orienteres parallelt og i retning katoden, vandrer ionene enklere, og mer effektivt. 

Det gir også fordelen at flere litiumioner kan lagres i anoden, slik at man får lagret en større ladning. Altså økes batterikapasiteten. 

Magneter og sprit

Karbonflakene er imidlertid mikroskopiske, så å organisere dem på denne måten må gjøres ved hjelp av magnetisme. Grafitt er imidlertid ikke i seg selv magnetisk. 

Forskerne har derfor dekket karbonflakene med nanopartikler av jernoksid, slik at de påvirkes av magnetfelt. Deretter plasseres de i etanol, og utsettes for et magnetfelt på 100 millitesla. Under denne prosessen organiseres flakene parallelt med hverandre. 

Om magnetfeltet opprettholdes mens materialet tørker, ender man opp med grafitt hvor flakene er organisert. 

Det vil imidlertid fortsatt være jernoksid i grafitten, men effekten av dette skal ifølge forskerne være neglisjerbar.

Tre ganger ytelse på lab

Metoden skal være mulig å skalere opp, og vil dermed fungere like godt i små som store celler. Dermed kan den tenkes å forbedre alt fra mobil- til elbilbatterier. 

Juliette Billaud, medforfatter av rapporten, og Claire Villevieille. (Foto: Markus Fischer/Paul Scherrer Institut)
Juliette Billaud, medforfatter av rapporten, og Claire Villevieille. (Foto: Markus Fischer/Paul Scherrer Institut)

Claire Villevieille, som leder forskergruppen, sier i pressemeldingen at de under laboratorieforsøk har økt lagringskapasiteten i anoden med en faktor på tre. Hun tror imidlertid ikke at slike resultater kan gjenskapes i kommersielt tilgjengelige batterier, men anslår at det er mulig å få til en ytelsesforbedring i området 30 til 50 prosent.

Det må imidlertid gjøres flere forsøk for å få en sikrere prognose.

Kan være klart for markedet om ett eller to år

En av fordelene med metoden er at den ikke krever noen endringer i hvilke materialer som brukes i batteriene. Dermed vil det ikke kreve like mye utvikling som om man skulle ta i bruk nye materialer for å få en økning i ytelse. 

– Vi har allerede alt vi trenger. Om en fabrikant var villig til å ta opp produksjon, kunne forbedrede batterier vært klare for markedet innen ett eller to år, sier Villevieille. 

Metoden kan også overføres til andre batterityper som bruker grafittanoder, som for eksempel natrium. 

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

Kommentarer (12)

Kommentarer (12)