Mötesplatsen för dig inom energibranschen, jul, 22 2019
Senaste Nytt

Litium-luftbatterier nära genombrott

För att hålla nanolithiska partiklar stabila i litium-luftbatterier använder forskarna en modell (gult) bestående av koboltoxid, som i sin tur bildar en så kallad nanosvamp. I en sådan fast struktur kan litium (markerat med rött) och syrejonerna (vitt) ”gömma sig”. Resultatet blir bland annat lägre energiförlust. Bild: Massachusetts Institute of Technology
För att hålla nanolithiska partiklar stabila i litium-luftbatterier använder forskarna en modell (gult) bestående av koboltoxid, som i sin tur bildar en så kallad nanosvamp. I en sådan fast struktur kan litium (markerat med rött) och syrejonerna (vitt) ”gömma sig”. Resultatet blir bland annat lägre energiförlust. Bild: Massachusetts Institute of Technology
Publicerad av
Markku Björkman - 12 aug 2016

Amerikanska och kinesiska forskare har löst ett av de största problemen med litium-luftbatterier. En bevekelsegrund är möjligheten till en helt exponentiell energikapacitet.

Ett litium-luftbatteri kan teoretiskt sett lagra upp till sju gånger så mycket energi som ett litiumjon batteri. Nu finns möjligheten att kapaciteten kan fördubblas. Förhandlingar med potentiella tillverkare är redan igång.

Principen bakom litium-luftbatterier har varit bekant sedan 1970-talet, men det är bara genom avancerad materialforskning under senaste 15 åren som batteriet har kommit i fokus. 

Teoretiskt har ett litium-luftbatteri förmåga att uppnå 12 kilowattimmar per kilo, vilket är mycket nära till bränslets energiinnehåll, som är ungefär 13 kilowattimmar per kilo. Med andra ord skulle en elbil med ett batteri på 25 kilo och kapacitet runt 300 kilowattimmar kunna färdas cirka 1500 kilometer.

Litium och syre bildar så kallade nanolithia-partiklar som stabiliseras av en koboltoxidstruktur. Forskarna hoppas att den nya principen kan fördubbla kapaciteten jämfört med vanliga litiumjonbatterier. 

Allt detta är naturligtvis teori, eftersom i praktiken har litium-luftbatterierna hitintills ställts inför en del tekniska utmaningar. Till exempel försvinner 30 procent av den energi som batteriet laddas ur genom överhettning. Samtidigt försämras batterielektroderna snabbt och till slut förstörs de på grund av koncentrationer av koldioxid och vattenånga.

Men nu har forskare från Massachusetts Institute of Technology, MIT, och Peking University presenterat lösningar i en artikel i tidskriften Nature Energy för flera av de väsentliga problemställningarna. 

Professor Ju Li är ansvarig för forskningen av dessa batterier. Ju Li förklarade för MIT News att hans team räknar med en fördubbling av kapaciteten jämfört med de traditionella litiumbatterierna som normalt används i dagens elbilar och mobiltelefoner.

Syre i tre steg

Litium-luftbatteri är utformat som ett slutet system där syret aldrig övergår till en gasformig fas. Detta är skillnaden till tidigare försök med litium-luft-batterier där atmosfärisk luft dras direkt in i batteriet. Däremot är litium-luftbatterierna mycket känsliga för vattenånga och koldioxid och därför har det funnits ett behov av ett system som renar luften.

Syret i det nya batteriet, beroende på typ av laddning eller urladdning, ändrar läge mellan de olika stegen i LiO2, Li2O2 och LiO2 utan att någonsin inta en ren gasfas. Stadierna är mycket instabila och forskarna kallar dessa lägen för "nanolithiska" partiklar.

För att hålla nanolithiska partiklar stabila använder forskarna en modell bestående av koboltoxid, som i sin tur bildar en så kallad nanosvamp. I en sådan fast struktur kan litium och syrejonerna ”gömma sig”.

Forskarna har visat att på detta sätt kan de minska energiförlusten från 30 till bara 8 procent vid laddning och urladdning.

Naturligt skydd mot överhettning

Samtidigt är luftbatteriet naturenligt skyddat mot överhettning när det laddas. Normala litiumbatterier måste skyddas mot överladdning, men om det nya batteriet upphettas för mycket sätter en funktion det nya batteriet i viloläge.  Effekten av laddning och urladdning har också testats och efter 120 gånger minskade batterikapaciteten med endast 2 procent.

Materialet i det nya batteriet är, enligt forskarna, inget hinder för kommersialisering. Elektrolyten består av "billigaste" formen av karbonat, sade Ju Li och kobolthalten hos elektrolyten är också mycket låg. Han är övertygad om att batteriet blir billigare, säkrare och mer anpassat för förbättringar än andra typer av litium-batterier.

Forskarna har avsikt att inom ett år övergå från laboratorieexperiment till verkliga prototyper, men intresset för det nya batteriet är redan så stort att teamet beslutade nyligen att söka patent på systemet och inleda förhandlingar med potentiella batteritillverkare.

Annons

Annons

Annons