Forskere fra Texas A&M University har skapt en teknologi som kan føre til en voldsom oppgradering av de litium-ion-batteriene som sitter i smarttelefoner, datamaskiner og elbiler.
Teknologien går ut på å bygge et stillas av karbon-nanorør inn i den ene elektroden, slik at den kan tåle mye høyere spenninger og bli mye sikrere.
Litium-anoder er bedre – og farligere
Et vanlig litium-ion-batteri har en elektrode i hver ende som litium-ioner beveger seg mellom. Når batteriet lades opp, setter ionene seg på den negative elektroden, anoden. Når det brukes, setter de seg på den positive elektroden, katoden.
I dag lages anoden for det meste av en blanding av grafitt og kobber. Men det har lenge vært snakk om å bygge anoder av rent litium i stedet, fordi det ville øke anodens og dermed batteriets energitetthet radikalt. Faktisk vil det kunne tidoble batteriets kapasitet og dessuten gjøre oppladningen mye raskere.
Problemet med litiumanoder er at de har en tendens til å gå i stykker over tid. Når litiumioner samles i anoden, har de en tendens til å klumpe seg sammen og danne såkalte dendritter – små krystallinske strukturer som ser ut som trær.
Over tid vokser dendrittene, og til slutt kan det gå hull på batteriet. Det kan føre til kortslutning og i verste fall eksplosjon.
Litium-ioner har en tendens til å klumpe seg sammen og danne utvekster - dendritter – som er ødeleggende for et batteri. Men med et nytt stillas av nano-rør (rødt) har forskerne klart å hindre dette.
Nanostillas sørger for sikkerheten
Men forskerne fra Texas har en interessant løsning som gjør det mulig å bygge et batteri med en litiumanode på en mye mer stabil måte: Ved å bygge et tredimensjonalt og porøst stillas av bitte små nanorør, har de vist at dannelsen av dendritter kan kontrolleres.
Nanostillaset er bygget av karbon, som er delvis kledt med molekyler som kan binde litiumioner. Stillaset sitter i forlengelse av anoden og holder på litium-ionene, slik at de ikke klumper seg sammen på overflaten. Dermed dannes det ikke dendritter.
Med andre ord kan oppfinnelsen øke batteriets kapasitet og ladehastighet uten å gå på kompromiss med sikkerheten og holdbarheten.
Ifølge forskerne kan den beste anoden holde på en spenning som er fem ganger høyere enn batteriene som er på markedet i dag. Da kan ladetiden reduseres til en brøkdel, og det vil være et stort gjennombrudd, ikke minst for elbiler.