Framsteg för nästa generations litiummetallbatterier

Professor Min-Kyu Song (till vänster) testar tillsammans med doktoranden Panpan Dong en prototyp av ett litiummetallbatteri. Foto: Washington State University

En grupp forskare vid Washington State University i USA har tagit fram en lösning på ett stort säkerhetsproblem med litiummetallbatterier, vilket gör att de skulle kunna användas i nästa generations energilagring.

Litiummetall är enligt Min-Kyu Song vid Washington State University ett drömmaterial för batterier eftersom det har högst energitäthet av alla kända fasta material. Det betyder att litiummetallbatterier, med en anod av litiummetall, skulle kunna räcka dubbelt så länge och lagra mer energi än de litiumjonbatterier som används i nästan all modern elektronik.

- Om vi kan använda litiummetall direkt kan vi förbättra energitätheten hos batterier dramatiskt, säger Min-Kyu Song.

Forskarna har emellertid inte lyckats få litiummetallbatterier att fungera på ett säkert sätt. När batterierna används bildas julgransliknande strukturer som kallas för dendriter på litiummetallen. Dendriterna växer sig sedan större tills de orsakar elektriska kortslutningar, bränder eller explosioner.

Forskarna från Washington State University har nu utvecklat ett batteri där katoden består av selendisulfid, en giftfri kemikalie som används i mjällschampo, inpackad i en porös kolstruktur. De tillsatte också två tillsatser till batteriets flytande elektrolyt.

De två tillsatserna samverkade då och bildade ett skyddande lager kring anoden av litiummetall, som både var elektriskt ledande och robust nog att förhindra tillväxten av dendriter. När den testades vid de typiska strömtätheter som används för elektronik kunde den skyddade anoden laddas upp 500 gånger och bibehålla en hög verkningsgrad.

- Om den kommersialiseras har denna nya formulering verklig potential. Jämfört med solid-state-batterier, som fortfarande är flera år bort, behöver man inte ändra tillverkningsprocedurerna och den skulle kunna tillämpas på verklig industri mycket tidigare, vilket öppnar upp en lovande väg mot utvecklingen av litiummetallbatterier med hög energi och lång livslängd, säger Min-Kyu Song.