Amerikanske forskere fra Texas A&M University har skabt en teknologi, som kan føre til en voldsom opgradering af de lithium-ion-batterier, der sidder i vores smartphones, laptops og elbiler.
Teknologien går kort fortalt ud på at bygge et stillads af kulstof-nano-rør ind i batteriets ene elektrode, så det kan klare meget højere spændinger og i øvrigt bliver langt mere sikkert.
Lithium-anoder er bedre – og farligere
Et almindeligt lithium-ion-batteri har en elektrode i hver ende, som lithium-ioner bevæger sig mellem, når batteriet op- og aflades. Når batteriet oplades, sætter ionerne sig på den negative elektrode, anoden. Når det aflades, sætter de sig på den positive elektrode, katoden.
I dag laves anoden for det meste af en blanding af grafit og kobber. Men der har længe været tale om at bygge anoder af ren lithium i stedet, fordi det ville øge anodens og dermed batteriets energitæthed radikalt. Faktisk vil det kunne tidoble batteriets kapacitet og desuden gøre opladningen langt hurtigere.
Problemet med lithium-anoder er, at de har en tendens til at gå i stykker over tid. Når lithium-ioner samles i anoden, har de en tendens til at klumpe sig sammen og danne såkaldte dendritter – små krystallinske strukturer, som ligner træer.
Over tid vokser dendritterne, og til sidst kan der gå hul på batteriet. Det kan føre til kortslutning og i værste fald en eksplosion.
Lithium-ioner har tendens til at klumpe sig sammen og danne gevækster - dendritter – der er ødelæggende for et batteri. Men med et nyt stillads af nano-rør (rødt) har forskerne formået at holde på lithium-ionerne og forhindre sammenklumpningen.
Nano-stillads sørger for sikkerheden
Men forskerne fra Texas har en interessant løsning, som gør det muligt at bygge et batteri med en lithium-anode på en langt mere stabil måde: Ved at bygge et tredimensionelt og porøst stillads af bittesmå nano-rør, har de vist, at dannelsen af dendritter kan holdes nede.
Nano-stilladset er bygget af kulstof, som er delvist beklædt med molekyler, og derfor er i stand til at binde lithium-ioner. Stilladset sidder i forlængelse af anoden, og holder på lithium-ionerne, så de ikke klumper sig sammen på anodens overflade. Dermed dannes ingen dendritter, selvom man bruger det energitætte lithium til anoden.
Med andre ord kan opfindelsen skyde batteriets kapacitet og ladehastighed i vejret uden at gå på kompromis med sikkerheden og holdbarheden.
Ifølge forskerne selv kan deres bedste anode holde på en spænding, som er fem gange højere end de lithium-ion-batterier, der er på markedet i dag. Med sådan en kapacitet kan ladetiden ende på en brøkdel af i dag, og det vil være et gennembrud ikke mindst for elbiler.