Stanford: Vi har reduceret vægten af strømaftagere i lithium-ion-celler med 80 procent. Energitætheden stiger med 16-26 procent.

Forskere ved Stanford University og Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) besluttede at krympe lithium-ion-celler for at reducere deres vægt og dermed øge energitætheden ved lagring. For at gøre dette redesignede de bærelagene på ydersiden: i stedet for brede plader af kobber eller aluminium brugte de smalle strimler af metal, suppleret med et lag polymer.

Højere energitæthed i Li-ion uden høje investeringsomkostninger

Hver Li-ion-celle er en rulle bestående af et ladnings-/afladningslag, en elektrode, en elektrolyt, en elektrode og en strømopsamler i nævnte rækkefølge. De ydre dele er metalfolie lavet af kobber eller aluminium. De tillader elektroner at forlade cellen og vende tilbage til den.

Forskere fra Stanford og SLAC besluttede at fokusere på samlere, fordi deres vægt ofte er flere titusinder procent af vægten af hele linket. I stedet for kobberplader brugte de polymerfilm med smalle strimler af kobber. Det viste sig, at det var muligt at reducere vægten af samlerne med op til 80 procent:

Den klassiske cylindriske lithium-ion-celle er en lang rulle bestående af flere lag. Forskere fra Stanford og SLAC har reduceret de lag, der opsamler ladninger og leder dem - strømaftagere. I stedet for kobberplader brugte de polymer-kobberplader beriget med ikke-brændbare kemikalier (c) Yusheng Ye / Stanford University

Det er ikke alt: kemiske forbindelser, der forhindrer antændelse, kan tilføjes til polymeren, og så er den lavere brændbarhed af elementerne ledsaget af en lavere vægt:

Stanford: Vi har reduceret vægten af strømaftagere i lithium-ion-celler med 80 procent. Energitætheden stiger med 16-26 procent.

Antændelighed af kobberfolie brugt i en klassisk lithium-ion-celle og en opsamler udviklet af amerikanske forskere (c) Yusheng Ye / Stanford University

Forskerne siger, at redesignede samlere kan øge den gravimetriske energitæthed af celler med 16-26 procent (= 16-26 procent mere energi for den samme enhedsmasse). Det betyder at et batteri med samme volumen og strømkapacitet kan være 20 procent lettere end strøm.

Der har tidligere været forsøg på at optimere reservoiret, men at ændre dem har ført til uventede bivirkninger. Cellerne blev ustabile, eller der var behov for en dyrere elektrolyt. Varianten udviklet af videnskabsmænd fra Stanford ser ikke ud til at forårsage sådanne problemer.

Disse forbedringer er i tidlig forskning, så forvent ikke, at de kommer på markedet før 2023. De ser dog lovende ud.

Det er værd at tilføje, at Tesla også har en interessant idé til at indsamle ladningen af metallag. I stedet for at bruge tynde kobberstrimler langs hele rullens længde og kun føre dem ud ét sted (i midten), bringer han dem ud med det samme ved hjælp af en skåret overlapningskant. Dette får ladningerne til at rejse en meget mindre afstand (modstand!), og kobberet giver yderligere varmeoverførsel til ydersiden:

Stanford: Vi har reduceret vægten af strømaftagere i lithium-ion-celler med 80 procent. Energitætheden stiger med 16-26 procent.