Bilfabrikanter og andre som trenger lette, sikre, kraftige batterier, ivrer etter å ta i bruk litium-svovelbatterier (Li-S). 

Ikke bare lagrer de mer energi. De er tryggere og raskere å lade enn dagens litium ion-batterier. De er også billigere å lage.

Batterier med utfordringer

Men neste generasjons vidunder-batterier har ett stort problem: De blir veldig fort utslitt. Grunnen er at de lider av det som kalles skyttel-effekten.

Forsker Önder Tekinalp ved NTNU Institutt for kjemisk prosessteknologi forklarer:

– Det handler om kjemiske stoffer, litium polysulfider (LPS), som dannes når batteriet er i drift. Stoffene beveger seg mellom elektrodene i batteriet. Det vil si mellom den positive anoden og den negative katoden. Det er disse stoffene som gjør at LiS- batterier raskt brytes ned, taper kapasitet og får kort levetid.

Dette forklarer også at denne typen batteri ennå ikke har flyttet inn i elbilene våre.

Nytt, tynt, smart filter

En gruppe forskere på membraner ledet av professor Liuyan Deng har utviklet et supertynt belegg med helt spesielle egenskaper. Det kan endre på dette. 

Gjennom prosjektet HiSep-II har de tatt patent på belegget. Det har fått samme navn som prosjektet. 

Inne i et batteri sitter også en separator. Det er en skillevegg mellom elektrodene. Den gjør at det virker effektivt og hindrer kortslutning. Når HiSep II-belegget legges utenpå veggen, virker den som et smartfilter.

Mange som jobber med å forbedre litium-svovel batterier, konsentrerer seg om ren kjemi i katode og elektrolytter. 

NTNU-forskerne har altså festet blikket på skilleveggen i stedet.

– Belegget blokkerer de skadelige kjemiske stoffene. De lar nyttige litium-ioner passere fritt, forklarer Tekinalp.

Slanking forlenger livet

Levetiden til et batteri måles gjerne i ladesykluser. Én syklus er det samme som én fullstendig opplading og en fullstendig utlading. 

Testene fra laben i Trondheim viser at Litium svovel-batterier utstyrt med HiSep-II kan øke antall ladesykluser fra 200 til 1.000. 

Det betyr fem ganger så lang levetid for batteriene. 

Batteripakken i en elbil består av mange deler. Ifølge forskerne kan den patenterte teknologien slanke en 800 volts batteripakke med over 200 kilo. 

Det igjen betyr betydelig bedre effektivitet og mye lengre rekkevidde. At denne neste generasjonens elbilbatterier lages av svovel, gjør dem også billige å produsere. Svovel finnes det nemlig mye av.

– Reelt alternativ for elbiler

Önder Tekinalp mener forskningen deres vil bidra til at Litium svovel-batterier nå rykker opp som et reelt alternativ for elbiler. 

– Selv om HiSep-II ennå ikke er tatt i bruk i elbiler, har vi vist at den håndterer skyttel-effekten. Den har vært den store bremseklossen for kommersiell utnyttelse – til nå, sier forskeren.

HiSep-II tok patent på separatoren i 2023. De jobber nå sammen med NTNU Technology Transfer (TTO) for å få den ut i markedet.

Også til vanns, på land og i lufta

– Målet er å skalere opp teknologien og lisensiere den ut til en industripartner slik at den kan tas i bruk i alt fra elbiler til lagring av grønn energi. Det sier forretningsutvikler i TTO, Kristina Nydal.

Hun mener Hi-Sep II kan bidra til økt sikkerhet i batteriene. Hun sier at teknologien er ideell for bruk på områder som luftfart, romfart, elbiler, droner og maritim transport.

– Den er også et attraktivt og kostnadseffektivt alternativ for lagring av energi. Særlig der lang levetid og stabilitet er avgjørende faktorer. 

Produksjonsprosessen er miljøvennlig, og teknologien er laget for å enkelt kunne oppskaleres. Den kan dessuten fungere sammen med dagens litium-baserte batterier.

Må oppskalere og teste

Før de er klare for markedet, må eksterne aktører teste teknologien. Filteret må bygges inn i Li-S batterier, og ytelsen må sjekkes og bekreftes av en uavhengig tredjepart. 

Å dokumentere at teknologien er pålitelig og stabil på lang sikt er avgjørende.

De må også sikre at det nye smarte filteret kan produseres trygt, økonomisk lønnsomt og med jevn kvalitet.

Patentprosesser koster mye og bør tilpasses industriell bruk av teknologien. Nå jakter TTO på en interessert lisenstaker som kan finansiere videre patentering og kommersialisering og delta i de planlagte testene.

Batterier med fordeler

– Men vi har flere ganger hørt om varslede gjennombrudd for svovelbatterier de siste årene. På hvilken måte mener dere at NTNU-teknologien skiller seg ut?

– Mange Li-S-gjennombrudd setter søkelys på å forbedre katodematerialer eller elektrolytter. HiSep-II retter seg mot separatoren eller filteret, alene. Det er en enklere, mer skalerbar løsning uten bruk av komplekse materialer.

– Produksjonsprosessen er miljøvennlig, teknologien er laget for å enkelt kunne oppskaleres, og den kan fungere sammen med dagens litium-baserte batterier, sier forsker Önder Tekinalp.

Artikkelen er produsert og finansiert av NTNU

NTNU er én av over 80 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Fikk du med deg disse sakene fra NTNU?

• 

  Forskere ble overrasket over gigantiske mengder karbon i havet

• 

  Hvorfor kommer ikke folk tilbake i jobb når de får hjelp for psykiske problemer?

• 

  Nei, grevlingen biter ikke til det knaser

• 

  En ny oppfinnelse kan revolusjonere utviklingen av førerløse kjøretøy

• 

  Visste du at et blåfarget organ i hjernen kan hjelpe deg når du blir eldre?

• 

  – Sentralisering av sykehus har minsket dødeligheten ved fødsel

Les flere saker fra NTNU her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER