Runt om i världen pågår en intensiv forskning på att skapa säkrare och billigare batterier till eldrivna fordon. Nu har forskare vid Uppsala universitet tagit fram ett nytt lovande elektrolytmaterial inom en klass av polymerer som inte provats tidigare.

Daniel Brandell visar upp ett prototypbatteri som innehåller elektrolyten i fråga samt elektrolytmaterialet (en cirkulär plastfilm).
foto: Anders Lund

Litiumbaserade batterier har högst energiinnehåll av dagens alla återuppladdningsbara batterier och är därför mycket lovande som energikälla för elektriska fordon. För storskalig användning av elfordon krävs dock billigare batterier, samt att man kommer till rätta med vissa av säkerhetsaspekterna hos litiumbatteriet.

– Exempelvis kostade säkerhetsproblem med batterierna i Boeing-planet Dreamliner miljontals kronor dagligen för japanska flygbolag härom året, säger Daniel Brandell, en av forskarna bakom studien.

Dreamliner fick flygförbud efter att det upptäckts problem med flygplanets litium-jon-batterier .

Den flytande elektrolyten är den batterikomponent som driver upp kostnaden. Den är också kemiskt instabil och utgör därmed en säkerhetsrisk. Det skulle det vara bättre och billigare att ersätta den med en elektrolyt i fast fas, men dessa har – hittills – endast varit funktionsdugliga vid högre temperaturer.

Nu har emellertid forskare vid Uppsala universitet gjort vad de betraktar som ett genombrott och tagit fram ett nytt polymert elektrolytmaterial för litiumbatterier som visat sig funktionsdugligt även vid rumstemperatur.

– Genom att låta oss inspireras av polymerer bestående av nedbrytbara biomaterial har vi upptäckt hög ledningsförmåga hos helt andra polymermaterial än de som normalt används i fasta elektrolyter.

Vad skiljer då Uppsalaforskarnas material från andra? Daniel Brandell bedömer att 90-95 procent av alla publikationer och patent på polymerelektrolyter behandlar polyeterar, främst PEO (polyetylenoxid). Brandell och hans kollega Jonas Mindemark började dock undersöka polykarbonater som värdmaterial för salter istället, för användning i Li-batterier. Dessa polymerer kan funktionaliseras kemiskt med mindre svårhanterliga metoder än polyetrar, vilket betyder mycket större möjligheter att kemiskt skräddarsy materialen efter vilka egenskaper man vill ha.

– Vi har dock undersökt olika sorts polykarbonater och fått fram material som kan vara bra på olika sätt. Just när det gäller jonledningsförmågan – vilket är kritiskt för dessa elektrolyter i fast fas; det är enbart därför de inte används i så stor utsträckning – så fick vi exceptionellt goda resultat med en sampolymer med polyestrar och polykarbonater. Vi har lyckats kombinera hög jonledningsförmåga vid lägre temperatur (rumstemperatur) med mekanisk stabilitet för ett fast material, vilket är förhållandevis unikt.

– Materialen går dessutom att fortsätta att skräddarsy kemiskt: man kan till exempel sätta på kemiskt ytaktiva grupper för bättre kontakt med elektroderna, få upp jonledningsförmågan med plasticerande kemiska grupper, eller stärka materialet mekaniskt genom att kemiskt tvärbinda det. Vi har också bara testat ett system sampolymerer med två monomerer; man kan tänka sig andra sorts polyestrar och polykarbonater också. Detta tänker vi forska vidare på.

Studien publiceras i senaste numret av Journal of Power Sources. En tryckt publikation om forskarnas resultat kommer att ges ut i december 2015.

Filed under: SvenskTeknik