Ny forskning har löst ett stort batterimysterium. Avslöjandet vänder upp och ned på tidigare antaganden om vanliga batterifel.
– Om människor inte kan lita på batteriernas säkerhet och hållbarhet kommer de välja att inte använda elfordon, säger Khalil Amine, en av forskarna bakom studien.
Forskare vid Argonne National Laboratory och Pritzker School of Molecular Engineering vid University of Chicago hävdar att de har hittat lösningen på en av de svåraste mysterierna bakom batteriers åldrande. Med hjälp av upptäckten menar forskarna att de förstår varför en ny typ av litiumjonbatteri, som en gång ansågs vara säkrare och ha längre räckvidd, inte har levt upp till förväntningarna.
– Elektrifieringen av samhället kräver allas bidrag, säger en av forskarna bakom studien, Khalil Amine.
De senaste åren har allt fler börjat testa batterier som använder enkristallina katoder som används istället för flerkristallina katoder som består av ett flertal små kristaller. Enkristallina katoder används främst för att undvika sprickbildning i batterierna, men batteriet har ett stort problem med åldrande. Ett problem som länge har förbryllat forskare.
Forskarna vid University of Chicago presenterar nu lösningen på problemet i sin nya studie. De hävdar att tidigare slutsatser baserade på flerkristallina material har tillämpats felaktigt på designen av enkristallina katoder.
– När folk försöker utveckla enkristallina katoder använder de fortfarande designkonceptet med flerkristallina celler. Vår studie bekräftar att den huvudsakliga åldringsmekanismen för enkristallina partiklar är helt annorlunda än den för flerkristallina material, säger Jing Wang, som är en av forskarna bakom upptäckten.
Enligt forskarna är det inte bara batteriets design som måste förändras. De hävdar även att ett nytt material måste användas för att enkristallina katoder ska kunna användas på rätt sätt.
– Vi visar att nedbrytning i enkristallkatoder av NMC huvudsakligen styrs av ett distinkt mekaniskt felläge. Genom att identifiera denna tidigare underskattade mekanism etablerar detta arbete en direkt koppling mellan materialsammansättning och nedbrytningsvägar, vilket ger djupare insikt i ursprunget till prestandaförsämring i dessa material, säger Tongchao Liu, kemist vid Argonne.
Forskarna byggde två olika batterier med enkristallkatoder där ett var ett nickel-koboltbatteri och det andra ett nickel-manganbatteri. De upptäckte då att mangan var mer mekaniskt skadlig än kobolt och att kobolt hjälpte faktiskt batterier att hålla längre. Detta är däremot inte en upptäckt som ses positivt eftersom kobolt är ett mycket dyrt material. Forskarna hoppas därför kunna hitta ett billigare material som fungerar på samma sätt som kobolt.
– Framsteg sker i cykler. Man löser ett problem och går sedan vidare till nästa, säger Khalil Amine.
LÄS MER:
William Karlsson är examinerad journalist och har bland annat arbetat på Sveriges Radio och Sörmlands Nyheter.
