Gåta som bromsat solid state-batterier kan vara löst

Med solid state-batterier, alltså batterier som har en fast i stället för som idag en flytande elektrolyt, hoppas bilindustrin på en teknik med betydligt högre energitäthet än idag. Något som i sin tur ger elbilar med längre räckvidd, eller samma räckvidd som dagens elbilar med ett mindre batteri. Solid state-batterier kan även laddas snabbare och […]

Med solid state-batterier, alltså batterier som har en fast i stället för som idag en flytande elektrolyt, hoppas bilindustrin på en teknik med betydligt högre energitäthet än idag. Något som i sin tur ger elbilar med längre räckvidd, eller samma räckvidd som dagens elbilar med ett mindre batteri. Solid state-batterier kan även laddas snabbare och är säkrare än de som används idag.

Men trots flera decennier av forskning och även om vi de senaste åren sett flera tecken på framsteg så har ännu ingen kunnat lansera solid state-batterier i kommersiell skala. Nu meddelar forskare vid tyska Max Planck-institutet att de i alla fall ser ut att ha lyckats förstå en av utmaningarna som kan bana väg för att göra storskalig tillverkning av solid state-batterier möjlig.

För en av utmaningarna har varit att batterierna kan gå sönder under laddning då små metalliska strukturer av litium – så kallade dendriter – skapar sprickor i elektrolyten, med kortslutning som resultat. Hur ett så mjukt material som litium kan spräcka ett betydligt hårdare keramiskt material har länge varit en gåta för forskarna.

– Det finns två hypoteser: Antingen byggs det upp inre spänningar i dendriterna som orsakar mekaniska sprickor i den fasta elektrolyten. Eller så läcker elektroner längs korngränserna i den fasta elektrolyten, vilket främjar bildandet av litiumkärnor som senare kopplas samman, skriver huvudförfattaren Yuwei Zhang i studien som presenterats i Nature.

Han liknar fenomenet med hur en kontinuerlig vattenstråle borrar sig igenom en sten. Genom att förstå exakt hur problemen uppstår hoppas forskarna nu kunna utveckla lösningar. Det kan exempelvis handla om att göra elektrolyten mer motståndskraftig, styra var sprickor uppstår eller lägga till skyddande lager runt litiumelektroderna för att minska bildandet av dendriter redan från början.

Enligt forskarna är det viktigt att förstå hur materialen beter sig på mikroskopisk nivå för att kunna hitta en lösning. Vid undersökningen genomfördes alla steg i vakuum och vid kryogena temperaturer, alltså extrem kyla på under minus 150 grader Celsius. Syftet med det var att minska risken för störningar från syre, vatten eller till och med elektronstrålarna från mikroskopen.