De vanlige bilbatteriene er konstruert for å gi fra seg toppen ti prosent av energien de har lagret, mens de nye batteriene kan tømme seg helt i løpet av et par sekunder. (Foto: Shutterstock / NTB scanpix)
Snart kan du starte bilen med strøm fra mobilen
– Da har du kanskje ikke nok strøm igjen til å ringe etterpå, men når bilen er startet, kan du jo lade telefonen derfra, ifølge professor i kjemi.
Et batteri består av tre hovedkomponenter: To elektroder (katode og anode) og en væske (elektrolytt) som det transporteres positivt ladde litium-ioner i – fram og tilbake mellom elektrodene.
Når batteriet brukes, transporteres litium-ionene fra anoden til katoden via elektrolytten mens elektroner går i en ytre krets og gir den ønskede strømmen.
Under opplading skjer det motsatte, men da må litium-ionene og elektronene «dyttes» fra katode til anode ved at man påfører en ytre spenning.
– Vi står foran en omfattende utvikling av batteriteknologien, og det kommer til å skje mye spennende i løpet av de kommende årene, sier professor Ola Nilsen.
– Det virkelig store gjennombruddet kommer når vi har lært oss å erstatte dagens fuktige elektrolytt i batterier med et annet, fast stoff.
Nilsen og de andre forskerne ved Kjemisk institutts Batterilaboratorium ved Universitetet i Oslo presenterte i 2016 verdens raskeste katodemateriale, som kan ta opp elektroner 1000 ganger raskere enn katodene som brukes i vanlige batterier.
Katodene er så kjappe at små batterier kan lades opp i løpet av ett og et halvt sekund.
– Tradisjonelle batterier blir jo ikke ladet i det hele tatt i løpet av så kort tid. Men batterier består av mer enn en katode. De trenger også en elektrolytt og en anode og i dag er det elektrolytten som utgjør det svakeste leddet. Derfor fokuserer vi nå forskningen vår på elektrolytten, forteller Nilsen.
Illustrasjon av verdens hurtigste katode-materiale, LiFePO4. Materialet har evnen til å «trene» seg selv slik at det blir mer effektivt ved bruk. De rosa pilene er litiumioner som forsvinner ut når batteriet brukes. (Illustrasjon: UiO)
Økt levetid kommer først
De kommersielle batteriprodusentene jobber kontinuerlig med å utvikle batteriteknologien, men Nilsen konstaterer at vi som forbrukere vil oppleve mest på lengre levetid og reduserte priser.
– Det er ikke usannsynlig at vi i løpet av noen år kan få batterier som lever tre til fem ganger så lenge som de vi har i dag. Prisen vil også falle merkbart når volumet av batterier øker, men det er mindre å hente på økt kapasitet: Trolig ikke mer enn dobling på sikt. Vi kan også få batterier som lades veldig hurtig, men dette vil ta noe mer tid og krever en redesign av batteriet, sier Nilsen.
Nilsen er forsker og ser både lenger fram og i andre retninger enn de kommersielle produsentene. I dag er det i praksis batteriene som bestemmer størrelsen, og dermed designet, på mange vanlige produkter som smarttelefoner, klokker og treningsarmbånd.
Hvis forskerne ved UiO klarer å utvikle en elektrolytt som består av et fast stoff, med en effektivitet i nærheten av den katoden de presenterte i 2016, åpner det seg en rekke nye dører. Lynraske batterier kan utformes som tynne og bøyelige filmer.
– Hvis vi klarer å redusere batterienes størrelse og ladetid, og/eller gjøre dem bøyelige, kan du få realisert mye mer teknologi. Plutselig kan for eksempel treningsarmbåndet ditt være bare et fleksibelt armbånd uten den harde klumpen det nå er utstyrt med, forteller Nilsen.
Dessuten kan små og fleksible batterier bli en del av smarte merkelapper til for eksempel holdbarhetsmerking av medisin eller også matvarer. Et av de mest spennende produktene som nylig ble brukerfinansiert via crowdfunding, var et lite smartkort som simulerer alle kredittkortene dine, forteller Nilsen.
– Det nye kortet har en liten skjerm og små taster som gjør at du kan velge hvilket kredittkort du vil bruke ved å endre informasjonen som kan hentes fra magnetstripen og chipen. Hvis dette kortet får et batteri som kan lades i løpet av halvannet sekund, kan det i praksis bli ladet mens du bruker det i for eksempel minibanken. Vi liker tanken på produkter som lades mens de er i bruk, uten at du trenger å tenke på det, sier han.
Professor Ola Nilsen tester batterier: Om noen år har smarttelefonen din så sterkt batteri at det kan brukes til å få start på en bil med flatt batteri. (Foto: Bjarne Røsjø)
Annonse
Skogen full av sensorer
Når de nye batteriene er ferdig utviklet, ser Nilsen for seg et samfunn hvor små og billige sensorer overvåker en rekke viktige funksjoner.
– Tenk deg en skog, og på hvert tre sitter en liten sensor med et bitte lite batteri som høster energi ved at treet svaier frem og tilbake. Sensoren overvåker temperaturen i skogen og sier fra hvis den blir for varm; da går det signal til en basestasjon som igjen varsler brannvesenet. På den måten kan skogbranner oppdages nesten før de har begynt, foreslår Nilsen – og tenker blant annet på den voldsomme skogbrannen som herjet utenfor Los Angeles i begynnelsen av september.
– Det er kanskje mer nærliggende å plassere sensorer i alle rommene i en bygning. Ikke for å overvåke dem som jobber der, men for å passe på at inneklimaet er optimalt. Disse sensorene koster nesten ingenting i fremtiden, og de kan måle både temperatur, CO2-innhold, røyk og eventuelt skadelige gasser. Dette vil kunne gi bedre arbeidsmiljø, økt sikkerhet og bedre energistyring, tilføyer han.
Professor Nilsen tilføyer at UiO-forskernes superraske katode foreløpig bare kan brukes til små batterier.
– Hvis vi skulle oppskalere katodeteknologien til et batteri som veier for eksempel én kilo, ville vi trenge en strømstyrke på cirka 450 000 ampere for å lade det opp i løpet av halvannet sekund. Et gjennomsnittlig lynnedslag har visstnok en strømstyrke på cirka 10 000 ampere, så det sier seg selv at ledninger og alt mulig annet i batteriet ville smelte av noe sånt. Man må nok fremdeles ha litt tålmodighet ved lading av bilbatterier i fremtiden, forteller han.
– Men hvis vi kan bruke teknologien i et lite batteri som brukes for eksempel i en kredittkortsimulator, har vi altså et system som blir ladet mens du bruker kortet. Og veien derfra til en mobiltelefon er ikke veldig lang. Det bør være fullt mulig å lade smarttelefonen din i løpet av 30 sekunder mens den ligger på en ladeflate, tilføyer han.
Telefonen kan starte bilen
– Og hvis bilbatteriet ditt er flatt, kan du en gang i fremtiden bruke batteriet i smarttelefonen til å starte bilen. Da har du kanskje ikke nok strøm igjen til å ringe etterpå, men når bilen er startet, kan du jo lade telefonen derfra. Poenget er at de vanlige bilbatteriene er konstruert for å gi fra seg toppen ti prosent av energien de har lagret, mens de nye batteriene kan tømme seg helt i løpet av et par sekunder, forteller han.
Professoren presiserer at superkatoden som han utviklet i samarbeid med Knut Bjarne Gandrud har sine begrensninger, og veien frem til produkt er lang.
Annonse
Men det begynner nesten å lyse i øynene hans når han legger ut om det å oppdage uvanlig høy ledningsevne for hittil ukjente amorfe og tynne materialer. Det er klart spennende å kunne bruke forskningen som en krystallkule til spå elektronikken som kommer.
