Der er taget endnu et, lille, skridt på vejen mod solid state-batterier. Nu har forskere nemlig fundet ud af, hvorfor teknologien stadig knækker indefra. En af årsagerne er et problem, der lyder næsten absurd: Blødt lithium kan ødelægge hård keramik.
Under opladning kan der dannes mikroskopiske lithiumstrukturer, såkaldte dendritter, som vokser ind i den faste elektrolyt. Når de bryder igennem materialet, kan batteriet kortslutte indefra.
Det store spørgsmål har været, hvordan et blødt metal overhovedet kan sprænge et langt hårdere keramisk materiale. Forskere fra Max Planck Institute for Sustainable Materials mener nu, at de har fundet svaret.
“Selv om elektroderne og de dannede dendritter består af lithiummetal, som er blødt som vingummi, kan dendritterne trænge ind i den keramiske elektrolyt og føre til kortslutning,” siger Dr. Yuwei Zhang, førsteforfatter på studiet.
Blødt lithium bliver til en vandstråle
Forskerne har undersøgt batterimaterialerne under vakuum og ved ekstrem kulde under minus 150 grader for at undgå påvirkning fra ilt, vand og selv mikroskopernes elektronstråler. Konklusionen er, at dendritterne ikke først og fremmest opstår ved elektronlækager i materialets korngrænser, som en anden teori ellers har peget på.
I stedet handler det om mekanisk pres. Lithium presses ind i mikroskopiske revner og bygger spændinger op, indtil den faste elektrolyt knækker. Zhang sammenligner det med en konstant vandstråle, der til sidst kan skære sig gennem sten.
Stadig langt fra serieproduktion
Opdagelsen kan være et vigtigt skridt mod at gøre solid state-batterier til andet end en evig laboratoriedrøm. Det giver nemlig ingeniørerne en mere præcis fjende at bekæmpe. Mulige løsninger kan være stærkere elektrolytter, små kontrollerede hulrum der leder revner væk fra de kritiske områder, eller beskyttende lag omkring lithiumelektroderne, så dendritterne slet ikke får samme mulighed for at vokse.
