Denne artikkelen er produsert og finansiert av NTNU - les mer.

Med faststoffbatterier kan elektriske biler bli både mer driftssikre og mindre brannfarlige. Teknologien er på vei.
Med faststoffbatterier kan elektriske biler bli både mer driftssikre og mindre brannfarlige. Teknologien er på vei.

Faststoffbatterier kan snart gjøre elbilen tryggere og bedre

Faststoffbatterier kan være framtidas løsning for elbiler og andre bruksområder. Forskere i blant annet Norge forbedrer batteriene.

I dag bruker elbiler svære litium-ionbatterier. Disse er slett ikke verst. De kan lagre ganske mye energi i forhold til vekten. De trenger heller ikke utlades helt hver gang før de lades på nytt, så du kan oftest sette bilen på lading når det passer deg uten å tenke for mye på om du ødelegger batteriet.

Men disse batteriene har fremdeles lav energitetthet for framtidas elektriske biler og annet bruk. De er også både ustabile og brannfarlige, så det er kanskje ikke så rart om fagfolk leter etter alternativer.

Professor Daniel Rettenwander ved Institutt for materialteknologi på NTNU.
Professor Daniel Rettenwander ved Institutt for materialteknologi på NTNU.

– Faststoffbatterier kan være framtida for morgendagens elbiler, sier professor Daniel Rettenwander ved Institutt for materialteknologi på NTNU.

Rettenwander er del av et forskerteam som studerer hvordan faststoffbatterier kan lades mye raskere og bli sikrere og lettere å resirkulere. De har skrevet en vitenskapelig artikkel som er publisert i Nature Communications. Forskerne i Norge har samarbeidet med folk i Østerrike, Tyskland og USA.

Funnene kan være viktige som en del av arbeidet med å få flere til å ta i bruk faststoffbatterier og som en teknologi som senere kan kommersialiseres.

Fordeler med faststoffbatterier

Faststoffbatterier har flere fordeler i forhold til litium-ionbatteriene. De kan ha høyere spenning og høyere energikapasitet i forhold til vekt og volum.

Slike batterier brukes i dag blant annet i pacemakere og bærbar elektronikk der det er spesielt praktisk om batteriene er små. Det er også lettere å lage disse små batteriene. For store batterier er produksjonen og teknologien foreløpig for dyr.

Faststoffbatterier kan dessuten være tryggere. De tåler blant annet mye større temperatursvingninger enn litium-ionbatteriene gjør. Dette er spesielt hyggelig på kalde vintermorgener i garasjen eller på langtur.

I tillegg er faststoffbatterier mindre brannfarlige enn litium-ionbatteriene fordi de ikke inneholder en flytende elektrolytt. Disse elektrolyttene er ladete substanser som er nødvendige for å overføre strøm. Det ligger i navnet at faststoffbatterier bruker faste stoffer istedenfor de langt mer vanlige flytende elektrolyttene.

Raskere å lade opp med ny innsikt

Men faststoffbatterier kan bli raskere å lade opp enn de er i dag. En utfordring er at det er vanskeligere å bruke faste stoffer enn flytende for å overføre elektriske ladninger.

– Vi har undersøkt hvordan vi kan få til å lade faststoffbatterier mer effektivt ved en høyere elektrisk strøm. Dette reduserer ladetiden, sier forsker Florian Flatscher. Sammen med Rettenwander og Verena Reisecker har han vært sentral i arbeidet med artikkelen.

Små faststoffbatterier brukes allerede i pacemakere og bærbar elektronikk. Men foreløpig har teknologien vært for dyr og vrien for bruk i elbiler. Men snart kan faststoffbatterier bli vanlige i større gjenstander også. Som biler.
Små faststoffbatterier brukes allerede i pacemakere og bærbar elektronikk. Men foreløpig har teknologien vært for dyr og vrien for bruk i elbiler. Men snart kan faststoffbatterier bli vanlige i større gjenstander også. Som biler.

Mekanismene bak er svært kompliserte for de fleste av oss, men de som allerede har litt greie på dette, kan ta en kikk på artikkelen. Resultatene fra forskningen kan også bidra til at faststoffbatterier blir lettere å resirkulere.

Bidrar til sikrere batterier

Forsker Florian Flatscher, som sammen med Rettenwander og Verena Reisecker har vært sentral i arbeidet med artikkelen.
Forsker Florian Flatscher, som sammen med Rettenwander og Verena Reisecker har vært sentral i arbeidet med artikkelen.

Forskerne vet dessuten mer om hvorfor faststoffbatterier bryter sammen. Det sier seg selv at dette er viktig kunnskap.

– Faststoffbatterier bruker også litium. Vi ser at litiumaktiviteten kan spille en kritisk rolle når faststoffbatterier slutter å virke, sier professor Rettenwander.

Dette er helt ny innsikt og et steg på veien til å forstå de underliggende mekanismene bak såkalte «dendritter». Disse er et problem i faststoffbatterier. I denne sammenhengen er dendritter spesielle litiumpartikler som kan dannes ved korrosjon og mekanisk stress. Disse litiumpartiklene kan igjen kortslutte ledere.

– Vi vet nå mer om hvordan vi kan unngå at slike dendritter danner seg. Det er en fordel for sikkerheten, sier Flatscher.

Faststoffbatterier er dyrere enn litiumbatterier, men dette kan endre seg når masseproduksjonen kommer i gang. Flere produsenter har varslet at de er på vei med biler som bruker faststoffbatterier. De første kan komme allerede til neste år.

Referanse:

Verena Reisecker mfl.:  Effect of pulse-current-based protocols on the lithium dendrite formation and evolution in all-solid-state batteries. Nat Commun, 2023. Doi.org/10.1038/s41467-023-37476-y

Powered by Labrador CMS