Svenska forskare har hittat lösningen för metallbatterier
Svenska forskare på Chalmers har kunnat påvisa var och hur problemen med den korta livslängden i metallbatterier kan lösas. Metallbatterier har stor potential eftersom dessa kan leverera mer en energi till lägre vikt.
Litiumjonbatterier är idag det populäraste batterialternativet, men i ett samhälle som står inför en omfattande elektrifiering behövs nya batteriteknologier som kan ge mer energi per vikt eller volym. Därför riktas nu blickarna mot batterier med metallelektroder, där litiumjonbatteriets grafitelektrod ersatts av litiummetall.
I exempelvis fastfasbatterier, som ses som en av de mest lovande kommande teknologierna, används en metallelektrod och det ger celler som levererar en större mängd energi än dagens litiumjonbatteri. Metallelektroder dras dock med ett problem – metallerna är reaktiva vilket gör att de lätt reagerar med sin omgivning och det är svårt att skapa en cell med lång livslängd.
Chalmersforskarna har nu hittat en lösning på problemet genom att skapa metallelektroden direkt i battericellen.
– Istället för att hantera de reaktiva elektrodmaterialen utanför batteriet skapar vi vår elektrod inuti batteriet genom en process som kallas elektroplätering. Då kan vi undvika att den reaktiva metallen reagerar med omgivningen, vilket är en fördel då vi får en mer förutsägbar och stabil elektrod, säger fysikdoktoranden Josef Rizell, som tillsammans med Aleksandar Matic är huvudförfattare till den nyligen publicerade artikeln från studien i den vetenskapliga tidskriften Journal of the Electrochemical Society.
Så skapas elektroden i batteriet
- Metall kan framställas elektrokemiskt genom en process som kallas elektroplätering.
- En spänning driver elektroner till en elektrod och metall bildas på elektrodens yta genom att elektronerna reagerar med joner från elektrolyten.
- När ett metallbatteri laddas upp är det genom just den här reaktionen. Samma process kan också användas för att framställa en metallelektrod direkt i battericellen.
- Genom att skapa metallelektroden inuti batteriet har metallen aldrig möjlighet att reagera med orenheter utanför batteriet och får ett bättre och mer stabilt ytskikt.
Forskarnas resultat kan ses som en fingervisning om framtida strategier för att göra metallbatterier både stabilare och säkrare.
– En grundläggande förståelse för processerna som sker i och vid elektroderna i ett batteri när vi laddar och laddar ur det, är avgörande för att kunna utveckla bättre batterier i framtiden. Ett batteri är väldigt komplext och många olika saker sker parallellt med varandra, vilket gör systemet svårt att analysera. Vi har försökt isolera varje reaktion eller process för sig och undersökt hur just den processen påverkar batteriets funktion. Syftet är att bättre förstå vad som sker vid metallelektroderna när vi använder ett batteri och därigenom vilka strategier som är mest lovande för att få dem att fungera bättre, säger Josef Rizell.
Källa: Chalmers
