Artikkel

Snart kan du starte bilen med strøm fra mobilen

Illustrasjon av verdens hurtigste katode-materiale, LiFePO4. Materialet har evnen til å «trene» seg selv slik at det blir mer effektivt ved bruk. De rosa pilene er litiumioner som forsvinner ut når batteriet brukes. Illustrasjon: UiO. Bruk bildet.

Snart kan du starte bilen med strøm fra mobilen

Batterier vil bli så effektive at du kan bruke telefonen til å starte bilen, så små at de ikke lenger styrer formen på elektronikk og så kjappe at du ikke tenker over at de lades. Forskere ved UiO er med på en rivende utvikling.
OlaNilsenKjemisk
Professor Ola Nilsen tester batterier: Om noen år har smarttelefonen din så sterkt batteri at det kan brukes til å få start på en bil med flatt batteri. Foto: Bjarne Røsjø Bruk bildet. Bruk bildet.

– Vi står foran en omfattende utvikling av batteriteknologien, og det kommer til å skje mye spennende i løpet av de kommende årene. Det virkelig store gjennombruddet kommer når vi har lært oss å erstatte dagens fuktige elektrolytt i batterier med et annet, fast stoff, forteller professor Ola Nilsen.

Nilsen og de andre forskerne ved Kjemisk institutts Batterilaboratorium (BatLab) presenterte i 2016 verdens raskeste katodemateriale, som kan ta opp elektroner 1000 ganger raskere enn katodene som brukes i vanlige batterier. Katoder av dette materialet – amorft litiumjernfosfat (LiFePO4) – er så kjappe at små batterier kan lades opp i løpet av ett og et halvt sekund.

– Tradisjonelle batterier blir jo ikke ladet i det hele tatt i løpet av så kort tid. Men batterier består av mer enn en katode. De trenger også en elektrolytt og en anode, og i dag er det elektrolytten som utgjør det svakeste leddet. Derfor fokuserer vi nå forskningen vår på elektrolytten, forteller Nilsen.

På årets forsknings- og innovasjonsfestival Cutting Edge kan du høre ham snakke om nyvinningene vi kan vente oss på batterifronten i årene som kommer, ikke minst fra UiOs egne forskere.

Økt levetid kommer først

cutting edge

  • Universitetet i Oslo, Oslotech og Inven2 arrangerer årlig non-profit-festivalen Cutting Edge.
  • Festivalen er en del av Oslo Innovation Week, 25.-29. september.
  • Målet er å skape økt kunnskap om og interesse for alt det spennende som skjer innen forskning, teknologi og innovasjon i Oslo-området.
  • Ola Nilsen er en av innlederne på festivalen.
  • Årets Cutting Edge går av stabelen 26. september i Forskningsparken i Oslo, Gaustadalleen 21.

De kommersielle batteriprodusentene jobber kontinuerlig med å utvikle batteriteknologien, men Nilsen konstaterer at vi som forbrukere vil oppleve mest på økt levetid og reduserte priser.

– Det er ikke usannsynlig at vi i løpet av noen år kan få batterier som lever tre til fem ganger så lenge som de vi har i dag. Prisen vil også falle merkbart når volumet av batterier øker, men det er mindre å hente på økt kapasitet: Trolig ikke mer enn dobling på sikt. Vi kan også få batterier som lades veldig hurtig, men dette vil ta noe mer tid og krever en redesign av batteriet, sier Nilsen.

Nye batterier, nye produkter

Ola Nilsen er forsker, og ser både lenger fram og i andre retninger enn de kommersielle produsentene. I dag er det i praksis batteriene som bestemmer størrelsen, og dermed designet, på mange vanlige produkter som smarttelefoner, klokker og treningsarmbånd.

Hvis forskerne ved UiO klarer å utvikle en elektrolytt som består av et fast stoff, med en effektivitet i nærheten av den katoden de presenterte i 2016, åpner det seg en rekke nye dører. Lynraske batterier kan utformes som tynne og bøyelige filmer.

– Hvis vi klarer å redusere batterienes størrelse og ladetid, og/eller gjøre dem bøyelige, kan du få realisert mye mer teknologi. Plutselig kan for eksempel treningsarmbåndet ditt være bare et fleksibelt armbånd uten den harde «klumpen» det nå er utstyrt med, forteller Nilsen.

Dessuten kan små og fleksible batterier bli en del av smarte merkelapper til for eksempel holdbarhetsmerking av medisin eller også matvarer. Et av de mest spennende produktene som nylig ble brukerfinansiert via crowdfunding, var et lite smartkort som simulerer alle kredittkortene dine, forteller Nilsen.

– Det nye kortet har en liten skjerm og små taster som gjør at du kan velge hvilket kredittkort du vil bruke ved å endre informasjonen som kan hentes fra magnetstripen og chipen. Hvis dette kortet får et batteri som kan lades i løpet av halvannet sekund, kan det i praksis bli ladet mens du bruker det i for eksempel minibanken. Vi liker tanken på produkter som lades mens de er i bruk, uten at du trenger å tenke på det!

LES OGSÅ: Natur-inspirerte materialer er så smarte at de bygger seg selv

Skogen full av sensorer

Tonekollen
Med nye batterier kan sensorer bli så billige at de kan plasseres på hvert eneste tre i skogen, og da kan skogen selv varsle om brann. Foto: Bjarne Røsjø Bruk bildet.

Når de nye batteriene er ferdig utviklet, ser Nilsen for seg et samfunn hvor små og billige sensorer overvåker en rekke viktige funksjoner.

– Tenk deg en skog, og på hvert tre sitter en liten sensor med et bittelite batteri som høster energi ved at treet svaier frem og tilbake. Sensoren overvåker temperaturen i skogen og sier fra hvis den blir for varm; da går det signal til en basestasjon som igjen varsler brannvesenet. På den måten kan skogbranner oppdages nesten før de har begynt, foreslår Nilsen – og tenker blant annet på den voldsomme skogbrannen som herjet utenfor Los Angeles i begynnelsen av september.

– Det er kanskje mer nærliggende å plassere sensorer i alle rommene i en bygning. Ikke for å overvåke dem som jobber der, men for å passe på at inneklimaet er optimalt. Disse sensorene koster nesten ingenting i fremtiden, og de kan måle både temperatur, CO2-innhold, røyk og eventuelt skadelige gasser. Dette vil kunne gi bedre arbeidsmiljø, økt sikkerhet og bedre energistyring, tilføyer han.

Superraske, men små batterier

Professor Nilsen tilføyer at UiO-forskernes superraske katode foreløpig bare kan brukes til små batterier.

– Hvis vi skulle oppskalere katodeteknologien til et batteri som veier for eksempel én kilo, ville vi trenge en strømstyrke på ca. 450 000 ampère for å lade det opp i løpet av halvannet sekund! Et gjennomsnittlig lynnedslag har visstnok en strømstyrke på ca. 10 000 ampere, så det sier seg selv at ledninger og alt mulig annet i batteriet ville smelte av noe sånt. Man må nok fremdeles ha litt tålmodighet ved lading av bilbatterier i fremtiden, forteller han.

– Men hvis vi kan bruke teknologien i et lite batteri som brukes for eksempel i en kredittkortsimulator, har vi altså et system som blir ladet mens du bruker kortet! Og veien derfra til en mobiltelefon er ikke veldig lang. Det bør være fullt mulig å lade smarttelefonen din i løpet av 30 sekunder mens den ligger på en ladeflate, tilføyer han.

Vil du ha flere forskningsnyheter om realfag og teknologi? Abonner på vårt ukentlige nyhetsbrev eller følg oss på Facebook.

Telefonen kan starte bilen

– Og hvis bilbatteriet ditt er flatt, kan du en gang i fremtiden bruke batteriet i smarttelefonen til å starte bilen! Da har du kanskje ikke nok strøm igjen til å ringe etterpå, men når bilen er startet, kan du jo lade telefonen derfra. Poenget er at de vanlige bilbatteriene er konstruert for å gi fra seg toppen 10 prosent av energien de har lagret, mens de nye batteriene kan tømme seg helt i løpet av et par sekunder, forteller han.

Professor Nilsen presiserer at superkatoden som han utviklet i samarbeid med Knut Bjarne Gandrud ved Kjemisk institutt har sine begrensninger, og veien frem til produkt er lang.

Men det begynner nesten å lyse i øynene hans når han legger ut om det å oppdage uvanlig høy ledningsevne for hittil ukjente amorfe og tynne materialer. Det er klart spennende å kunne bruke forskningen som en krystallkule til spå elektronikken som kommer.

Kontakt:

Professor Ola Nilsen, Kjemisk institutt, uorganisk materialkjemi

Les mer på Titan.uio.no:

Mer informasjon:

Hvordan fungerer et batteri

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også