Vandbaseret battericelle er mere sikker og mere holdbar

Mens der forskes på højtryk for at finde en erstatning for litium-ion batterierne, er der fortsat mange, der arbejder på at forfine den eksisterende teknologi. Eksempelvis en række tyske og japanske forskere, der har fremstillet en ny type vandbaseret battericelle.

Et af de store problemer ved de nuværende litium-ion batterier i elbiler, telefoner og andre genopladelige enheder, er brandfaren. Det skyldes blandt andet, at batteriernes elektrolytter er fremstillet af organiske materialer. I dette tilfælde har forskerne skiftet dem ud med vandbaserede (“aqueous”) elektrolytter i stedet.

Det lyder måske nok som en simpel løsning på problemet, da vand som udgangspunkt ikke er brændbart. Men i virkeligheden har integrationen af vandige elektrolytter været problematisk siden 1994, hvor ideen første gang blev afprøvet af forskerne W. Li og J.R. Dahn.

Uønskede gasser

Det store problem med vandbaserede elektrolytter har indtil videre været, vandets interaktionen med de materialer som katoden og anoden er fremstillet af. Processen har nemlig produceret uønskede brint- og oxygengasser. Det har betydet, at de vandbaserede litium-ion batterier har haft dårlig energitæthed.

Skematisk tegning af et litium-ion batteri. Batteriet oplades når litium ionerne flyttes fra katoden til anoden Batteriet drænes, når ionerne bevæger sig modsat (Illustration: Jianan Zhang/ResearchGate).

Selv om forskere tidligere har eksperimenteret med forskellige anodematerialer, har de ikke været i stand til at udvide øge batteriets energitæthed ud over 100Wh/kg. Altså før nu, forstås.

Forskerne hævder nemlig at have udviklet et nyt anodemateriale med “imponerende ydeevneniveauer”. De har skabt et metastabilt molybdænoxid i nanostørrelse, der viser både en højere energikapacitet og en længere levetid.

Forlænger batteriets levetid

Helt konkret faldt kapaciteten i den vandbaserede battericelle mindre end 30 procent efter 2.000 opladningscyklusser. Konventionelle litium-ion batterier mister typisk op til 45 procent af kapaciteten efter bare 1.400 livscyklusser.

Det nye materiale har også boostet batteriets energitæthed til 107Wh/kg, hvilket er bedre end tidligere forsøg. Men stadig væsentlig dårligere end nuværende litium-ion batterier, der har en energitæthed på lige under 200Wh/kg.

Forskerholdet anerkender, at deres nye teknologi i øjeblikket tilbyder lavere energitæthed og spænding. Men de mener, at deres arbejde “åbner en måde at udvikle højenergiske, holdbare og sikre batterier på grundlag af metastabile oxider og nanostørrelser med vandige elektrolytopløsninger.”

Hele forskernes skriv kan læses her.

Vandbaseret battericelle er mere sikker og mere holdbar