Så kortsluts batterierna - inte
Litiummetallbatterier är ett av flera lovande koncept som på sikt kan ersätta dagens litiumjonbatterier, inte minst i olika typer av elfordon.
Det menar forskare på Chalmers som tillsammans med kollegor i Ryssland, Kina och Korea nyligen publicerat två vetenskapliga artiklar. I dem beskrivs hur litiummetallen kan användas på ett optimalt och säkert sätt.
Det går ut på att metallen vid laddning av batteriet fördelar sig så att den blir tät och inte bildar vassa nålar – dendriter – som riskerar att kortsluta och i värsta fall antända batteriet. Säkrare upp- och urladdning är alltså en nyckelfaktor.
– Kortslutning i litiummetallbatterier beror oftast på att metallen lägger sig ojämnt vid cykling och att det bildats dendriter på anoden. De utstickande nålarna gör att anoden kommer i direkt kontakt med katoden. Därför är det avgörande att kunna undvika att sådana bildas. Där kan vi nu bidra med viktig vägledning, säger forskaren Shizhao Xiong på institutionen för fysik på Chalmers.
Det finns ett antal olika faktorer som styr hur litiumet fördelar sig på anoden. I den elektrokemiska processen vid laddning påverkas litiummetallens struktur främst av strömtätheten, temperaturen och koncentrationen av joner i elektrolyten.
Forskarna har använt både simuleringar och experiment för att komma fram till hur laddningen kan optimeras utifrån dessa parametrar. Syftet är att skapa en tät och bra struktur på litiummetallanoden.
– Det är en svår utmaning att få jonerna i elektrolyten att placera sig på exakt rätt plats när de blir litiumatomer vid laddning. Den nya kunskapen om hur processen går att styra utifrån olika förutsättningar bidrar till både säkrare och mer effektiva litiummetallbatterier, säger professor Aleksandar Matic vid institutionen för fysik på Chalmers.
Det internationella forskarsamarbetet mellan Sverige, Kina, Ryssland och Korea leds av professor Aleksandar Matic och forskaren Shizhao Xiong vid institutionen för fysik på Chalmers.
Forskningen i Sverige finansieras av Formas, Stint, EU och Chalmers styrkeområden.
