Ny batteriteknologi kan løse elbilens største problem

Vi hører ofte om nye batteriteknologier, der lover guld og en grøn verden. Men få af dem ender som reelle produkter. Men den seneste lyder lovende. Resultaterne der kommer fra et japansk forskerhold på det anerkendte universitet MIT i Massachusetts i USA, og er udgivet i det videnskabelige tidsskrift Nature.

Opdagelsen handler om et materiale med en nærmest selvmodsigende natur: Det leder ioner som en væske, men er robust som et fast stof. Og så har det en afgørende sidegevinst: Det kan opløses og formes så let som var det et stykke vingummi. Hvilket kan vise sig at være den brik, der har manglet i det komplekse puslespil om fremtidens batteri.

Hurtige, men farlige væskebatterier

De fleste elbiler i dag kører på litium-ion-batterier, som indeholder en flydende elektrolytvæske til at transportere ioner mellem plus- og minuspolen. Denne væske er energieffektiv, men også brandfarlig, og den er den primære årsag til, at batterier kan blive ustabile og i værste fald bryde i brand.

Den hellige gral, som alle leder efter, er et solid-state batteri. Her erstattes den flydende elektrolyt med et fast materiale. Det fjerner brandfaren, øger energitætheden (læs: længere rækkevidde) og muliggør i teorien meget hurtigere opladning.

Problemet er bare, at det har været djævelsk svært at lave i praksis. De faste elektrolytter har enten været for dårlige til at lede ioner, eller også har de været så hårde og sprøde som keramik, hvilket gør dem dyre og besværlige at producere i stor skala. Endnu værre er de berygtede dendritter – mikroskopiske, nåle-lignende udvækster af litium-metal, der kan gro gennem den faste elektrolyt og skabe en katastrofal kortslutning.

Fremstilles som slik

Det er her, det nye materiale kommer ind i billedet. Forskerne har udviklet en ny type fast elektrolyt, som de kalder en amorf enkelt-ion-leder (LiSICON). Bag det mundrette navn gemmer sig et materiale, der kombinerer det bedste fra to verdener.

For det første har det en ion-ledningsevne, der er på niveau med de bedste flydende elektrolytter. Det betyder, at litium-ionerne kan suse uhindret frem og tilbage, hvilket er afgørende for hurtig opladning og høj ydeevne. For det andet er materialet, trods sin glas-agtige (amorfe) struktur, mekanisk robust nok til at modstå dannelse af de frygtede dendritter.

Men den virkelige genistreg ligger i fremstillingen. I modsætning til keramiske solid-state elektrolytter, der skal bages ved ekstremt høje temperaturer og ofte involverer giftige kemikalier, kan dette nye materiale simpelthen opløses i et almindeligt, harmløst opløsningsmiddel. Ligesom sukker i vand. Væsken kan derefter hældes ud og formes, hvorefter opløsningsmidlet fordamper ved en beskeden stuetemperatur. Tilbage ligger et tyndt, solidt lag af elektrolyt.

Denne “slik-metode” gør det potentielt langt billigere og mere miljøvenligt at masseproducere solid-state batterier, da man kan bruge eksisterende produktionsmetoder og undgå de mest skrappe kemikalier. Og i den anden ende af batteriets levetid vil de opløselig batterier være lettere at genbruge.

Hvad betyder det for dig og din næste bil?

På papiret er fordelene indlysende:

• Sikkerhed: Uden brandfarlig væske er risikoen for batteribrande stort set elimineret.
• Hurtigere opladning: Den høje ion-ledningsevne åbner for muligheden for at “tanke” batteriet på minutter i stedet for timer.
• Længere rækkevidde: En højere energitæthed betyder enten længere rækkevidde eller en mindre og lettere batteripakke.
• Miljøvenlighed: Ved at anvende ugiftige materialer og en simplere produktionsproces, tager teknologien et vigtigt skridt væk fra de miljømæssige hovedpiner, der plager nuværende batteriproduktion og genanvendelse.

Imens forventningerne er spændt højt, er vejen fra en petriskål i Tokyo til en batteripakke i en elbil notorisk lang og brolagt med dyre fiaskoer og tekniske blindgyder.

Forskerne har leveret deres bevis: Konceptet holder vand. Nu overdrages stafetten til ingeniørerne. Materialet skal bevise sin holdbarhed over tusindvis af opladninger, og produktionsprisen skal ned på et niveau, hvor den ikke udløser panikanfald hos bilfabrikkernes økonomidirektører.

Alligevel er det svært at bevare pessimismen. Ved at angribe problemet fra en ny vinkel, hvor let håndterbarhed og ugiftighed er lige så vigtige som teknisk ydeevne, giver LiSICON-teknologien mulighed for at fjerne en af de mest genstridige stopklodser for solid-state teknologien.

Kilder: Nature, MIT News