En ny æra for batteriteknologi kommer fra Danmark
Om 10 år vil faststofbatterier af stensilikater være et miljøvenligt, mere effektivt og sikkert alternativ til de litiumionbatterier, vi bruger i dag. Forskere på Danmarks Tekniske Universitet (DTU) har netop fået patent på et nyt superionisk materiale baseret på kaliumsilikat – et mineral, der kan udvindes af ganske almindelige sten. Det fortæller DTU i en nyhed.
Problemet med litiumionbatterier
Det er batteriet i din elbil, som afgør, hvor langt du kan køre på en opladning, og hvor hurtigt du kan lade op igen. Litiumionbatteriet, der i dag er det mest udbredte elbilbatteri, har dog sine begrænsninger, både i forhold til kapacitet og sikkerhed, men også tilgængelighed. Litium er et dyrt, miljøskadeligt materiale, og knapheden på det sjældne metal kan blive en stopklods for den grønne omstilling af biltransporten.
I takt med at flere og flere skifter over til elbiler, har vi brug for at udvikle en ny generation af batterier uden litium, som er mindst lige så effektive, men mere miljøvenlige og billigere at producere. Det kræver nye materialer til batteriets hovedkomponenter, anode, katode og elektrolyt, samt at vi udvikler nye måder at designe batterier på.
DTU’s gennembrud med kaliumsilikat
På DTU har forsker Mohamad Khoshkalam opfundet et materiale, som har potentiale til at erstatte litium i fremtidens superbatteri: faststofbatterier baseret på kalium- og natriumsilikater. Stensilikater er nogle af de mest almindelige mineraler i jordskorpen. En stor fordel ved det nye materiale er, at det ikke er følsomt over for luft og fugtighed. Det gør det muligt at forme det til et papirtyndt lag inde i batteriet.
Patent på superionisk materiale
Potentialet i det mælkehvide, papirtynde materiale baseret på kaliumsilikat er stort. Det er et billigt, miljøvenligt materiale, som kan udvindes af stensilikater, der dækker over 90 pct. af jordens overflade. Materialet kan lede ioner ved omkring 40 grader og er ikke følsomt over for fugt.
Det vil gøre en opskalering og fremtidig batteriproduktion lettere, sikrere og billigere, da produktionen kan finde sted i en åben atmosfære og ved temperaturer tæt på stuetemperatur. Desuden fungerer materialet uden tilføjelse af dyre og miljøskadelige metaller som kobolt.
Udfordringer og løsninger
“Kaliumsilikats potentiale som faststofelektrolyt har været kendt længe, men er efter min mening blevet ignoreret på grund af udfordringer med kaliumionernes vægt og størrelse. Ionerne er store og bevæger sig derfor langsommere”, fortæller Mohamad Khoshkalam til dtu.dk
For at forstå perspektiverne i Mohamads opdagelse skal man først forstå, hvilken afgørende rolle elektrolytten spiller i et batteri. Elektrolytten i et batteri kan være en væske eller et fast materiale – en såkaldt faststofelektrolyt. Elektrolytten gør det muligt for ionerne at bevæge sig mellem batteriets anode og katode. Herved opretholdes den elektriske strøm, der genereres under afladning og opladning.
Fremtiden for faststofbatterier
Faststofbatterier anses af både forskere og elbilproducenter som fremtidens superbatteri. Senest har Toyota meldt ud, at de forventer at lancere en elbil med et litium-faststofbatteri i 2027-28. Flere bilproducenter har dog før annonceret elbiler med faststofbatterier for efterfølgende at trække i land.
Før vi ser faststofbatteriet på markedet, er der dog flere udfordringer, som skal løses. Teknologien fungerer fint i laboratoriet, men er svær og dyr at opskalere. For det første er materiale- og batteriforskning både kompleks og tidskrævende. For det andet skal vi udvikle nye måder at producere og forsegle batterierne på, så de ultratynde materialelag i battericellen ikke knækker, og så de har vedvarende kontakt.
Mohamad Khoshkalams optimisme
“Vi har vist, at vi kan finde et materiale til en faststofelektrolyt, som er billigt, effektivt, miljøvenligt og skalerbart – og som endda fungerer bedre end faststofelektrolytter baseret på litium”, fortæller Mohamad Khoshkalam til dtu.dk
Et år efter opdagelsen i laboratoriet på DTU har Mohamad Khoshkalam fået patent på opskriften og er ved at etablere startupvirksomheden K-Ion, som skal udvikle faststofelektrolyt-komponenter til batterivirksomheder. K-Ion er en del af initiativet DTU Earthbound, hvor de får støtte til at få forskningen hurtigere ud af laboratoriet og videre ud i samfundet.
Næste skridt for Mohamad Khoshkalam og hans team er at udvikle et demobatteri, der over for virksomheder og potentielle investorer kan vise, at materialet virker. De forventer at have en prototype klar om ca. 2-3 år.
Vi kan dog tidligst forvente at se disse batterier, på markedet i nye elbiler, om 10 år.
