De fleste som kjører elbiler bekymrer seg for et par ting: hvor langt bilen kan gå på full lading, hvordan batteriet fungerer når det blir veldig kaldt ute, og hvor raskt det kan lades opp. En ny forskningsartikkel publisert i tidsskriftet Nature 25. februar viser at vi kan være i nærheten av å løse to av disse problemene samtidig.
Forskningen kommer fra et team ledet av professor Zhao Qing og akademiker Chen Jun ved Nankai University, sammen med Li Yong fra Shanghai Institute of Space Power Sources. De fant en måte å gjøre litiumbatterier mye kraftigere på. Nærmere bestemt nådde de en energitetthet på 700 Wh/kg. De beste batteriene som brukes i biler i dag fyller vanligvis rundt 250 Wh/kg til 255 Wh/kg, og solid-state-batterier lover rundt 500 Wh/kg.
For å forstå hvorfor dette er viktig, tenk på et batteri som en drivstofftank. Hvis du har to tanker med samme vekt, men en holder tre ganger mer energi, kan bilen din kjøre mye lenger uten å stoppe. Den nye teknologien nesten tredobler energikapasiteten sammenlignet med dagens standarder. Dette betyr at elbiler til slutt kan reise mye lengre avstander uten å trenge massive, tunge batteripakker som tynger kjøretøyet.
Hemmeligheten bak dette krafthoppet ligger i væsken inne i batteriet - elektrolytten. Batterier bruker en blanding av litiumsalter og karbonatløsningsmidler, som er avhengige av oksygenatomer for å hjelpe litiumet med å bevege seg rundt. Dette fungerer ganske bra, men det har store ulemper. De flytende elektrolyttene er tykke og sprer seg ikke lett. De slutter også å fungere bra når temperaturen synker, og det er grunnen til at mange elbiler mister rekkevidden om vinteren.
Det kinesiske teamet bestemte seg for å prøve noe annet. De skapte en ny type væske ved å bruke fluorerte hydrokarbonløsningsmidler. I stedet for å bruke oksygen for å flytte litiumet, brukte de fluor. Denne endringen gjør væsken mye "våtere", så batteriet trenger mindre av det for å fungere. Fordi væsken er tynnere og flyter bedre, kan den flytte energien mye raskere.
Det nye designet yter seg utrolig godt i kulde. Tradisjonelle batterier gir ofte opp når det fryser, men de nye cellene kan fortsatt fungere ved -50°C. Selv ved den ekstreme temperaturen holder batteriet en energitetthet på nesten 400 Wh/kg. Det er fortsatt høyere enn det de fleste high-end elbiler tilbyr ved romtemperatur i dag.
Teamet forklarte at de måtte være veldig forsiktige med hvordan de skapte den nye elektrolytten - de måtte balansere "rommet" inne i væsken slik at litiumatomene kunne bevege seg fritt. Ved å bytte fra oksygen til fluor fjernet de flaskehalsen som holdt ytelsen tilbake, slik at batteriet ble både lettere og sterkere på samme tid.
Mange selskaper kappløper for å bygge solid-state batterier, som ofte kalles industriens "hellige gral". Men selv disse batteriene når vanligvis bare rundt 400 Wh/kg. Den nye oppdagelsen viser at "flytende" batterier faktisk kan slå solid state-teknologi hvis kjemien stemmer. Hvis dette går fra laboratoriet til fabrikken, kan det endre måten vi bygger alt fra leveringsbiler til fly.
Disse batteriene kan drive avanserte roboter eller til og med utstyr brukt i verdensrommet. For øyeblikket refererer 700Wh/kg-tallet bare til den enkelte celle, men når disse cellene er satt sammen til et komplett batterisystem, vil gevinsten være betydelig. Denne forskningen viser at litiumbatterier fortsatt har et uutnyttet potensial og utfordrer forventningene til solid-state-teknologi.
