Mens alle andre har sigte på fremtidens solid-state batterier, så mener Porsche ikke, at mulighederne med nutidens litium-ion batterier er udtømte. Tværtimod forventer tyskerne, at de inden længe vil kunne opnå rækkevidder på op til 1.300 kilometer, “blot” ved at ændre i litium-ion batteriets kemi og arkitektur.
Men ikke nok med det. Porsche forventer også at batterierne potentielt vil kunne lades med en effekt på mere end 500 kW. Dermed vil en bil kunne lades fra 10-80 procent på mindre end et kvarter. Det beskriver Porsche Engineering i en ny rapport om fremtidens batterier.
Den kolossale forbedring, i forhold til dagens litium-ion batterier, kan gennemføres ved hjælp af to ændringer, hævder Porsche. I dagens elbilbatterier er grafit det mest udbredte materiale til det aktive anodemateriale. Silicium er et interessant alternativ til dette, fordi det tilbyder en lagerkapacitet, der er ti gange højere.
”Silicium er af særlig interesse, fordi det udviser den næsthøjeste lagringskapacitet målt i vægt efter litium, hvilket giver mulighed for battericeller med meget høj energitæthed. Hvad mere er, er det det næstmest almindelige element i jordskorpen,” siger Dr. Stefanie Edelberg, Specialist Engineer Battery Cell hos Porsche Engineering.
Løsningen er dog ikke så enkel. Når litium absorberes, udvider siliciumpartiklerne sig med 300 procent, hvilket skaber mekaniske spændinger i batterimaterialet og elektroden. Det vil det beskadige elektrodeoverfladerne og reducere batteriets levetid betydeligt. Det er en fin balance mellem energitæthed og levetid. Alligevel arbejdes der intensivt på anoder med en meget høj andel af silicium på op til 80 procent.
Helt ny arkitektur
Cellekemi er dog ikke den eneste måde at optimere batterierne på. Selve arkitekturen er den anden komponent. Såkaldt Cell-to-pack teknologi integrerer for eksempel cellerne direkte i batteripakken. Dette eliminerer de små dele i nuværende batterier.
“I stedet for at forbinde celler på størrelse med chokoladebarer individuelt, er celler op til 1,20 meter i længden nu tæt pakket, når de monteres på kryds og tværs i en ramme, ligesom en sengs lamelramme,” forklarer prof. Maximilian Fichtner. Han er direktør for Helmholtz Institute Ulm (HIU) og leder af forskningsenheden for energilagringssystemer ved Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Dette resulterer i mere lagerkapacitet og bedre køling på mindre plads.
Endnu bedre er det, at arbejde på dette Porsche-batteri allerde er i fuld gang. Det forestås af tyske Cellforce Group, der forventer at producere de første batterier i 2024.
Herunder en grafik, der viser Porsche-ingeniørernes tanker om de forskellige batteriteknologier.
