Der er intet værre, end når éns mobiltelefon løber tør for strøm under en vigtig samtale.
Eller jo, det skulle måske være, hvis man har en elbil, der skriger efter opladning midt på motorvejen, selvom det føles, som om man lige har været har været forbi ladestationen.
Videnskabsfolk arbejder derfor knaldhårdt på at udvikle mere holdbare batterier, og de har netop fået et nyt værktøj til bedre at forstå, hvad der foregår inde i de kompakte energibundter. Det fremgår af en artikel i det videnskabelige tidsskrift Nature Materials.
Det er nemlig lykkedes forskere fra Cambridge University, Stony Brook University og New York University at bruge MR-skanning til at danne tredimensionelle billeder af litiumbatteriers indre.
»Der bliver hele tiden udviklet nye elektrode- og elektrolytmaterialer, og denne ikke-invasive MR-teknologi kan give indsigt i de mikroskopiske processer inde i batterier, som er nøglen til i sidste ende at gøre batterier lettere, sikrere og mere alsidige,« siger Alexej Jerschow, der er professor ved afdelingen for kemi på New York University.
MR-skanning viser opbygning af litiumbatterier
MR-skanning er mest kendt fra hospitaler, hvor teknologien giver læger et detaljeret indblik i kropsdeles tilstande uden at påvirke patienten. Batteriudviklere har længe ønsket på samme måde at kunne ’diagnosticere’ batteriers indre, mens de er i brug.
Umiddelbart lyder det som en dårlig idé at ty til MR-skanning, da batterier indeholder en masse metal, der blokerer for de radiobølger, som en MR-skanner bruger til at skabe billeder af noget under overflader eller inde i den menneskelige krop.
Men det er faktisk denne begrænsning, som forskerne har udnyttet under forsøgene med de populære litiumbatterier, som bruges i bl.a. mobiltelefoner, bærbare computere og elbiler.
Da radiobølgerne bliver bremset af litiummetallerne inde i batteriet, kan forskerne med MR-teknikken lave meget følsomme målinger af metallernes placering på overfladen af batteriets elektriske ledere. På den måde er forskerholdet i stand til direkte at visualisere opbygningen af litiummetal-deponeringer på elektroderne før og efter en afladning.
Hidtil uset information om batterier
Visualisering af små ændringer på overfladen af elektroderne kan gøre det muligt at teste mange forskellige batteridesigns og -materialer under realistiske betingelser.
»MR-skanning er spændende, fordi vi er i stand til at identificere, hvor de kemiske stoffer inde i batteriet er lokaliseret uden at være nødt til at skille batteriet ad – en procedure, som i nogen grad modarbejder formålet,« siger Clare Grey, der er professor ved både Stony Brook University og Cambridge University.
»Arbejdet viser tydeligt, hvordan vi kan bruge metoden til at identificere, hvor litium-deponeringerne sker på metalelektroder. Opløsningen er endnu ikke, hvor vi vil have den, og vi vil gerne udvide metoden til meget større batterier, men informationen, som vi var i stand til at få fra de her målinger, er hidtil uset,« siger Clare Grey.
Dansk forsker tager kontakt til kollegerne
Nyheden om den nye metode kommer som kaldet for seniorforsker Poul Norby fra Institut for Energikonvertering og lagring ved Danmarks Tekniske Universitet.
Han har lige været med til at starte et større forskningsprojekt kaldet ReLiable, der er støttet af Det Strategiske Forskningsråd, hvor han skal være med til at udvikle litium-luft-batterier. Interessen for den type batteri er stor, for forskerne regner med, at et litium-luft-batteri vil kunne indeholde mange gange mere energi end et traditionelt litiumbatteri med samme vægt.
Han vil derfor snart få brug for at kunne undersøge, hvad der helt præcis foregår inde i litium-luft-batterier, og i den forbindelse kalder han den nye metode for både smart og spændende.
»Det er en helt ny måde at kigge ind i batterier på, som vil supplere de metoder, vi anvender, baseret på røntgenstråling. Man kan sige, at det er et nyt værktøj i den palet af værktøjer, som vi har, til at kigge ind i elementer, der arbejder,« siger Poul Norby.
Han fortæller, at det er vigtigt at kunne måle, hvordan litium-krystallerne vokser på elektroderne, da det har en stor effekt på batteriets egenskaber og især sikkerheden, og derfor vil han tage den nye metode i brug.
»Jeg har faktisk tænkt mig at skrive til Clare og foreslå, at vi skulle lave noget sammen, for det er lige præcis noget af det, vi kommer til at kigge på i litium-luft-batterierne,« siger Poul Norby.
