Derfor mister batterier deres styrke
VIDEO: Batterier bliver ødelagt af mange gentagne opladninger. En video taget med et elektronmikroskop viser, hvordan processen foregår i litium-ionbatterier.

Som billederne i denne video viser, bliver batterier ødelagt af for mange genopladninger.

Optagelserne er de første af deres art og er foretaget af et forskerhold ledet af Yu Jian Huang ved Sandia National Laboratories i USA.

De viser, hvordan nanotrådelektroden i batteriet forandrer sig:

Ved forsøgets start var trådens tværsnit omkring 100 nanometer, eller ti tusindedele af en millimeter.

Men da opladningen startede, og der begyndte at strømme ladede litiumatomer til elektroden, svulmede nanotråden op og blev tykkere.

Medusa-fronten

På videoen kan man se, hvordan litiumatomerne 'pumper' sig selv op langs tråden.

Forskerne kalder den vækstzone 'Medusa-fronten', efter kvindemonsteret med slangehår fra den græske mytologi.

Medusas blik kunne forvandle mennesker til sten, og Medusa-zonen forvandler også nanotråden, der bugter og vrider sig og vokser sig næsten dobbelt så lang under opladningen.

Fra at være en velordnet krystal bliver den til et glasagtigt materiale med uregelmæssig struktur. Det har man aldrig observeret før.

Speciallavet batteri

Forvandlingen kan forklare, hvorfor denne type batterier bliver slidt op med tiden, beskrives det i en pressemeddelelse fra tidsskriftet Science, der offentliggjorde undersøgelsen.

Det batteri, som Huang anvendte, var dog speciallavet til forsøget. I typiske litium-ionbatterier er der ingen nanotråd. Her er elektroden lavet af grafit eller andet materiale. Men alligevel er omdannelsen af materialet, der udgør elektroden, i princippet den samme.

Billedserie af tinoxid-nanotråden efterhånden som den tilføres litium-ioner og udvider sig. (Foto: Science/AAAS)

Almindelige litium-ionbatterier har nemlig det problem, at elektrodematerialet svulmer op og pulveriseres ved opladning. Det ødelægger langsomt elektroden.

»Vores observationer har stor betydning for batteridesign og for arbejdet mod at mindske batterifejl,« siger Jian Yu Huang til Science.

Bedre og mindre batterier

Men den lillebitte elektrode af nanotråd kan også være udgangspunktet for en ny generation af batterier.

Ifølge en kommentarartikel af Yet-Ming Chiang i Science kan denne type batterier i princippet opnå en 10 til 30 gange højere kapacitet i forhold til deres vægt, sammenlignet med nutidens litium-ionbatterier.

Omdannelsen af det materiale, der ødelægger elektroderne i de konventionelle litium-ionbatterier, er heller ikke lige så ødelæggende i en nanotråd. De vil være mere holdbare, fordi de kan udvide sig uden at briste.

Batterier med nanotråde kan også gøres meget små, og vil i fremtiden kunne blive brugt i nanorobotter, foreslår Huang i sin artikel i Science.

Tinoxid

Nanotråden er fremstillet af materialet tinoxid. Det har en god evne til at tage imod ladning, men kan kun oplades én gang. Det er derfor meget lidt aktuelt som materiale i kommercielle batterier.

Men tinoxiden gennemgår særligt dramatiske forandringer under opladning.

Det var derfor, Huang og hans kolleger valgte dette materiale til forsøget. De håber nu, at de ændringer, de har set, kan overføres til andre materialer.

 

© forskning.no. Oversat af Mette Damsgaard

 

Nyhed: Lyt til artikler

Du kan nu lytte til udvalgte artikler herunder. Du kan også lytte til de oplæste artikler i din podcast-app, hvor du finder dem under navnet 'Videnskab.dk - Lyt til artikler'.

Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på vores Instagram-profil, og læs om de nedenstående prisvindende billeder af stjernetåger og stjernefabrikker her.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med omkring en million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk