Ny batteriteknologi er i sigte

En ny batteriteknologi er i sigte.

Flourid-batterier er miljøvenlige, mere holdbare og langt billigere at producere.

Ifølge flere medier, blandt andet dr.dk, vil flourid-batterier snart kunne afløse de Lithium-ion batterier, der benyttes overalt i vores batteridrevne virkelighed.

Der sidder lithium-ion batterier i alt fra smartphones og laptop computere til elektriske biler, digitale kameraer, batteridrevne backup systemer, el-plæneklippere og pacemakere – you name it!

Derfor er udviklingen af billigere og miljørigtige alternativer til Lithium-ion batterier et stort forskningsområde.

Den stærkt miljø belastende udvinding af råstoffer til produktion af li-ion batterier vil kunne reduceres og helt undgås i produktion af især nye miljøvenlige batterier.

Lithium batterier – en rigtig sviner

Udvindingen af nogle af de råstoffer, som f.eks. kobolt og lithium, der indgår i produktion af Litium-ion batterier, er i sig selv stærkt miljø belastende.

Lithium produktion er meget miljøbelastende og stærkt vandforbrugende.

Ifølge dr.dk går stort set alle vandressourcer i nogle egne af verden til produktion af lithium.1

Der forbruges ca. 2 millioner liter vand til produktion af et ton lithium.

De giftige stoffer fra udvinding af lithium er en miljøbelastning i de områder, hvor udvindingen foregår.

Derfor er flere af de virksomheder, der er med til at dominere efterspørgslen på genopladelige batterier, gået ind i kampen for udvikling af miljøneutrale batterityper.

Elon Musk tweetede i juni 2018 at Tesla vil gøre sig helt fri af kobolt-baserede batterityper.

Både Apple og Samsung har ifølge dr.dk meldt ud, at de ønsker at skære afhængigheden af koboltbaserede batterityper ned.

Et batteri baseret på flour

Et internationalt forskerhold bestående af forskere fra Caltech, JPL og Honda har i en artikel i tidsskriftet Science, beskrevet hvordan grundstoffet Flour kan bruges til at udvikle en langt mere holdbar og miljøvenlig batteriteknologi.

Forskerholdet har udviklet et såkaldt Fluorid-batteri.

Et flourid-batteri er et batteri, der i stedet for at udnytte ioniseringen af lithium, udnytter flour baseret ionisering.

Batterier

Batterier findes til en-gangs brug og som genopladelige batterier.

En-gangs batterier kaldes også for primære batterier, mens genopladelige batterier kaldes sekundære batterier.

Der findes der et væld af fremstillingsprocesser og typer af batterier – også Lithium batterier.

Ny batteriteknologi er i sigte. Opbygning af et batteri - teknologikritik.dk
Lithium-Ion batteri skematisk oversigt. Ill.: Wikimedia / teknologikritik.dk

Ethvert batteri er opbygget efter det samme princip med to elektroder; en anode og en katode, og en elektrolyt.

Fælles for lithium batterier, er at batteriernes anode er lavet af Lithium.

En anode er betegnelse for den negativt ladede elektrode i et batteri, mens den positive elektrode kaldes katode.

Elektrolytten er den del af batteriet, der facilliterer vandringen af ladede elektroner fra den ene elektrode til den anden.

Ethvert batteri virker først, producerer først strøm, når det tilsluttes til det apparat, det skal levere strøm til.

Når plus-polen og minus-polen forbindes opstår der en ioniseret vandring af elektroner fra den negative anode til den positive katode.

Ion-vandringen foregår i batteriets elektrolyt, der kan være en væske eller et fast stof, som udfylder rummet mellem katoden og anoden.

I et Lithium-ion batteri er det lithium-ioner, der flyder fra katoden til anoden.

I elektrolytten holdes anoden og katoden adskilt af en tynd membran, som ionerne kan vandre gennem.

På genopladelige batterier vendes elektronvandringen under afladning og opladning.

Nogle Lithium batterier er fremstillet til at kunne bruges i op til 15 år – det gælder f.eks. Lithium batterier til medicinsk brug.

Der sidder meget dyre og meget holdbare Lithium batterier i forskellige typer implantater, f.eks. i pacemakere.

Ny batteriteknologi – flourid batterier

Nu er det så lykkedes et hold af forskere fra Caltech, JPL og Honda at fremstille et flourid batteri, der på lang sigt vil kunne produceres billigt og miljøvenligt.

Forsker-teamet siger, at et flourid batteri vil kunne holde op til otte dage mellem hver opladning.

En brandvarm elektrolyt

En af de store udfordringer ved udvikling af genopladelige flourid-batterier har været at få elektrolytten til at virke ved almindelig stuetemperaturer.

Siden 1970’erne har der været forsket i at få genopladelige flourid-batterier med en solid-state (fast stof) elektrolyt til at virke.

Det kunne kun forgå ved temperaturer på ca. 150 grader celcius.

Nu har forsker-teamet så udviklet et flydende elektrolytmateriale:

We report a liquid fluoride ion–conducting electrolyte with high ionic conductivity, […] we demonstrate reversible fluorination and defluorination reactions in a fluoride ion electrochemical cell cycled at room temperature.

Science

En cool elektrolyt

Det nye er altså at forskerne har udviklet en flydende flourid-elektrolyt, der ikke udvikler de høje temperaturer som en flourid-elektrolyt i fast form.

Den nye flydende flourid-elektrolyt består af en floureret saltopløsning med en meget høj ioniserings- eller ledningsevne, (conductivity).

Selve opløsningen går under betegnelsen BTFE og består af en forbindelse af stabiliseret tetraalkylammonium salt opløst i floureret æter (nu: Ether).

Ikke færdigudviklet

Der er dog stadig nogle udfordringer, der skal løses, inden en ny batteriteknologi er i sigte, og vi allesammen kan købe miljøvenlige, billige og langtids holdbare flourid-batterier.

Indtil nu er den største udfordring ved det nye flourid-batteri, at det kun er lykkedes forskerne at holde batteriet stabilt i ca. 100 dage.

Det kan slet ikke sammenlignes med holdbarheden for li-ion batterier, der f.eks. kan ligge som hyldevare i butikker i meget længere tid.

Dorthe Bomholdt Ravnsbæk, der forsker i batterier på SDU påpeger overfor DR, at der også er en udfordring med den kobber-elektrode, der sidder i batteriet.

Der sidder kobber-elektroder i mange batterityper.

Under af- og opladning af et flourid batteri reagerer flour-ionerne med kobberet, så kobberet så at sige bliver langsomt.

1: Ifølge dr.dk forbruger lithium produktionen i Chiles Atacama-region 65 procent af hele regionens vandforbrug.