Amerikanska forskare från Texas A&M University har tagit fram en teknik som kan leda till en gigantisk förbättring av de litiumjobatterier som sitter i våra smartmobiler, bärbara datorer och elbilar.
Tekniken går kort sagt ut på att bygga in en ställning av kolnanorör i batteriets ena elektrod så att batteriet klarar betydligt högre spänning och dessutom blir mycket säkrare.
Litiumanoder är bättre – och farligare
Ett vanligt litiumjonbatteri har en elektrod i varje ände som litiumjonerna rör sig mellan när batteriet laddas och laddas ur. När batteriet laddas fäster sig jonerna på den negativa elektroden – anoden. Allteftersom batteriet laddas ur sätter sig jonerna på den positiva elektroden – katoden.
I dag tillverkas anoden vanligtvis av en blandning av grafit och koppar. Men det har länge varit tal om att bygga anoder av ren litium i stället, eftersom det skulle öka anodens – och därmed batteriets – energitäthet radikalt. Faktum är att det skulle kunna tiodubbla batteriets kapacitet och dessutom göra uppladdningen betydligt snabbare.
Problemet med litiumanoder är att de vanligtvis går sönder med tiden. När litiumjoner samlas i anoden har de en tendens att klumpa ihop sig och bilda så kallade dendriter – små kristallstrukturer som påminner om träd.
Allteftersom växer dendriterna och till slut kan det bildas hål i batteriet. Det kan leda till kortslutning och i värsta fall en explosion.
Litiumjoner har en tendens att klumpa ihop sig och bilda så kallade dendriter som är förödande för ett batteri. Men med en ny ställning av nanorör (rött) har forskarna lyckats hålla kvar litiumjonerna och förhindra hopklumpning.
Nanoställning ökar säkerheten
Men forskarna från Texas har en intressant lösning på problemet som gör det möjligt att bygga ett batteri med en litiumanod på ett betydligt mer stabilt sätt: Genom att konstruera en tredimensionell och porös ställning av pyttesmå nanorör har de visat att bildandet av dendriter kan minskas.
Nanoställningen är byggd av kol som till viss del är klädd med molekyler och därför kan binda litiumjoner till sig. Ställningen placeras i förlängning av anoden och håller kvar litiumjonerna så att de inte klumpar ihop sig på anodens yta. På så sätt bildas inga dendriter även om man använder det energitäta litiumet till anoden.
Detta innebär således att uppfinningen kan öka batteriets kapacitet och laddningshastighet utan att kompromissa med säkerhet och hållbarhet.
Enligt forskarna kan deras bästa anod klara en spänning som är fem gånger högre än dagens litiumjonbatterier. Med en sådan kapacitet kan laddningstiden hamna på en bråkdel av dagens laddningstid och detta skulle innebära ett stort genombrott inte minst för elbilar.