Gummielektrolyt gør Li-ion-batterier mere sikre

En yucky-sticky klud tyggegummi under din sko er bestemt irriterende, men det, der gør tyggegummiet klæbrig, kan forhindre din bærbare computer eller strømakkumulator i at eksplodere når som helst snart.

Forskere ved Washington State University har udviklet en ny klasse af gummilignende elektrolytmaterialer, som de hævder kan forbedre sikkerheden ved Li-ion-batterier væsentligt uden at gå på kompromis med ydeevnen.

Li-ion-batterier er den mest populære genopladelige batteriteknologi og tegnede sig for 37 % af markedet for genopladelige batterier i 2009. De bruges i alt fra mobiltelefoner til elbiler og er kommet ind på energilagringsmarkedet i stor stil.

Selvom de er allestedsnærværende, består elektrolytterne i de fleste Li-ion-batterier af en meget ætsende og brandfarlig flydende elektrolyt, der kræver omhyggelig elektronisk kontrol for at forhindre batterioveropladning og kortslutninger, som begge kan få batterier til at eksplodere. Tidlig kritik fik batteriproducenter til at bruge flammehæmmere og temperatursensorer til at afbøde sådanne risici, og selv i dag er Li-ion-batterier underlagt strengere pålidelighedstests sammenlignet med bly-syre-batterier og andre batterityper. Men som professor Katie Zhong fra Washington State University (billedet ovenfor) siger, løser sådanne tilgange ikke grundlæggende sikkerhedsproblemet.

Der er gjort forsøg på at erstatte den flydende elektrolyt med faste alternativer (f.eks. i lithiumpolymerbatterier); Sådanne batterier har dog en tendens til at have lavere energitæthed (de kræver større batterier for at lagre den samme mængde energi) og kortere levetid (den elektriske forbindelse mellem batterikomponenterne er sværere at vedligeholde).

For at kombinere det bedste fra begge verdener udviklede Prof. Zhong og hendes team et gummilignende materiale bestående af en flydende elektrolyt suspenderet i en matrix af fast voks eller vokslignende partikler. Mens den flydende elektrolyt sikrer høje energitætheder (bedre ledning), klæber gummiet til de andre cellekomponenter (anode og katode) og danner pålidelige kontakter. Skulle cellen blive for varm, smelter vokspartiklerne og danner en beskyttende film, hvilket effektivt lukker batteriet ned uden behov for temperatursensorer (se grafik nedenfor).

Billedkredit: Yu Wang et al. / Avancerede energimaterialer

En yderligere fordel ved den lette og bøjelige gummilignende elektrolyt er, at batterierne kan bruges i applikationer såsom fleksibel elektronik, da de kan modstå vrid og strækning (eller, i tilfælde af elbiler, smadre) uden at påvirke batterisikkerheden eller ydeevne.

Endnu vigtigere fra et markedsperspektiv, kan den gummilignende elektrolyt direkte erstatte eksisterende flydende elektrolytter og kan nemt integreres i eksisterende batteridesign. Med en patentansøgning allerede i værkerne, håber virksomheden at drage fuld fordel af denne fordel og vil snart begynde at teste sin elektrolyt i rigtige batterier.

Hvis Navigant Researchs seneste forudsigelser holder stik, vil fremtiden for energilagring være forskellig med hensyn til batteriteknologier. Og hvis sådanne innovationer viser sig at være omkostningseffektive i produktionen, kan Li-ion fortsætte med at dukke op som fremtidens dominerende batteriteknologi.

Top billedkilde: Washington State University