Image
Telefon

Although most batteries are safe, and electric cars have significantly less chance of catching fire than a gasoline car, the stored energy can undoubtedly cause damage if it comes astray. Stock photo: Colourbox

Faststoffbatterier hindrer at mobilen kan ta fyr i lommen din

Faststoffteknologi gjør at batterier kan lages både brannsikre og knøttsmå.

En mobiltelefon som tar fyr på et fly, en Tesla som står og brenner i veikanten, en elektrisk ferge som eksploderer – stadig er det nyhetshistorier om batterier som brenner eller selvantenner. Selv om batterier stort sett er trygge og el-biler har mye mindre fare for å ta fyr enn en fossilbil, kan den lagrede energien i batterier utvilsomt gjøre skade hvis den kommer på avveie.

Katja Sverdlilje
Katja Sverdlilje er doktorgradsstipendiat på Senter for materialvitenskap og nanoteknologi. Teksten er skrevet som en del av formidlingskurset MNKOM. Foto: Are Thunes Samsonsen

You may also read this article in English

Vi omgir oss mer og mer med teknologi som trenger portabel energi: telefoner, datamaskiner, biler og medisinsk teknologi, for å nevne noe. Etter hvert vil mange antakelig installere husbatterier for å kunne laste ned kraft når den er billig og bruke den når man trenger den – spesielt nyttig for hus med solceller, som blir stadig vanligere.

Tryggere uten væske

En av måtene å begrense faren for overoppheting og gassutvikling i batterier på, er ved å bygge dem med faste stoffer i stedet for væske eller gel, som oftest brukes som elektrolytt i batteriene.

Litt bakgrunn: Et batteri er en kjemisk lagringsenhet for elektrisk energi. Forenklet kan man si at det består av to poler av forskjellige materialer med en elektrolytt mellom polene. Polene lager en elektrisk spenning mellom seg, forårsaket av de forskjellige materialene i dem, og denne spenningen forsøker batteriet å utlikne ved å sende både elektroner og ioner (atomer med elektrisk ladning), utløst av kjemiske reaksjoner, mellom polene.

Elektrolyttens oppgave er å slippe gjennom ionene og blokkere elektronene, slik at elektronene må gjennom en utvendig krets mellom polene; denne utvendige kretsen kan være i en lommelykt, en mobiltelefon, en el-bil eller andre ting som trenger elektrisk strøm. Når Hyundai kaller en bilmodell Ioniq, er det ionestrømmen inne i batteriet navnet spiller på.

Flere ting kan gå galt

Elektrolytten i batteriet er vanligvis en væske eller en gel, og den kan utvikle brannfarlige gasser eller lekke ut hvis noe går galt med batteriet. Fare for overoppheting og brann kan også oppstå med små partikler eller pigger som kan dannes inne i batteriet, for høy temperatur rundt batteriet, skade på batteriet eller for rask lading. Men hvis vi klarer å lage brukbare elektrolytter av faste materialer, vil disse risikoene kunne bli så å si eliminert.

Problemet med faststoffelektrolytter er at de er notorisk dårlige ioneledere; væskene er ofte tusen ganger bedre. Å skvise seg gjennom et fast gitter av atomer er gjerne tyngre enn å flyte gjennom en væske. Derfor foregår det mye og intens forskning for å finne faststoffelektrolytter som er både rimelige og brukbare ioneledere.

Ubetydelig motstand

En måte å omgå den dårlige ledningsevnen på, er ved å gjøre elektrolytten så tynn at motstanden i den blir ubetydelig. En av fordelene med faste elektrolytter er at de kan gjøres mer kompakte enn væske-elektrolytter, som trenger en separator av porøst materiale mellom polene slik at de ikke kommer i kontakt med hverandre.

Faststoff-elektrolytter fungerer også som separator og kan lages svært tynne, som igjen vil si at batteriene kan gjøres bittesmå – noe som er nyttig for medisinske implantater som pacemakere, medisinkapsler med tidsbestemt utslipp, nervestimulatorer og andre ting som trenger strøm. Så ved å løse den elendige ioniske ledningsevnen med bittesmå elektrolytter, kan vi også få miniatyrisering som bonus.

Det er fremdeles et stykke igjen. Faststoffbatterier har ikke overtatt batteriindustrien. Men Toyota har sagt at de skal lage el-biler med faststoffbatterier i løpet av 2020, og det gjøres flust av forskning på området. Så hvis du om noen år kjøper en ny bil, telefon eller laptop, kan det godt hende at batteriet er et brannsikkert faststoffbatteri.

Les mer på Titan.uio.no: