Nu kan forskarna se hur batterier åldras

Elektronmikroskop visar
hur elektroderna förvrids
vid uppladdningen

Forskarna har upptäckt att batterierna åldras genom att materialet i elektroderna skadas då batteriet laddas upp. Här ett batteri från Chevrolet Volt.
Forskarna har upptäckt att batterierna åldras genom att materialet i elektroderna skadas då batteriet laddas upp. Här ett batteri från Chevrolet Volt.
MOTOR

Det är väl känt att litiumjonbatterier åldras genom upprepad laddning. Men nu har amerikanska forskare för första gången kunnat observera i mikroskop hur det går till när en elektrod laddas.

Upptäckten kan ge forskarna värdefulla ledtrådar om hur de ska konstruera bättre batterier till både elbilar, datorer och mobiltelefoner.

Elektroden vrider sig som en mask när litiumjonerna strömmar genom den. Det slitage som uppstår gör att batteriet till sist inte kan laddas.
Elektroden vrider sig som en mask när litiumjonerna strömmar genom den. Det slitage som uppstår gör att batteriet till sist inte kan laddas.

Forskarna har sedan tidigare känt till att användning och laddning av litiumjonbatterier som används i exempelvis elbilar, datorer och mobiltelefoner, får batterierna att åldras. Det beror på att materialet i elektroderna slits, men man har inte riktigt vetat hur. Nu visar fotografier tagna genom elektronmikroskop hur de tunna, nanosmå elektroderna förvrids och förlängs när litiumjonerna strömmar genom dem då batteriet laddas.

– Nanotrådar av tennoxid stod emot deformeringen orsakad av det elektriska flödet bättre än mer kompakt tennoxid. Det påminner om hur man gör en vajer av stål, man tvinnar hellre ihop tunnare trådar än att göra en tjock vajer, säger Chong Min Wang, forskare på institutionen för energi vid Pacific Northwest National Laboratory i ett pressmeddelande.

Elektroderna ormade sig

Forskarna använde ett speciellt elektronmikroskop och byggde ett miniatyrbatteri för att kunna observera processen då en elektrod laddas. De kunde se att elektroderna som består av tunna trådar av tennoxid vred sig som maskar, de blev tre gånger tjockare och sträckes ut till sin dubbla längd, när litiumjonerna passerade. De här förvrängningarna kan skada elektroden genom att de skapar slitskador som till sist gör att batteriet inte går att ladda.

Upptäckten kan förhoppningsvis leda till att forskarna kan utveckla bättre batterier med längre livslängd och högre kapacitet.

– Vi tror att det här kommer att stimulera nytt tänkande för hur man lagrar energi. Det här är bara början, vi hoppas att vi efter fortsatt arbete kan tillverka bättre batterier, säger Chong Min Wang, forskare på institutionen för energi vid Pacific Northwest National Laboratory och en av forskarna bakom upptäckten, i ett pressmeddelande.