Litium-ionebatterier prøves ut i tusentall på Batteriteknologisenteret ved Institutt for energiteknikk. Avdelingssjef Martin Kirkengen og forsker Hanne Andersen diskuterer forsøkets gang.

Silisium gir sprut til batteriene

Opptil en fjerdedel mer strøm med jordskorpas vanligste grunnstoff i elektroden.

3.6 2015 05:00

– Det nytter ikke bare å lese forskningsartikler. Du må få skitt på fingrene. Bare slik kan du avsløre tricksene som kanskje gir pene resultater i laben, men som industrien likevel ikke kan bruke, sier Martin Kirkengen.

Skitten han snakker om, er en blanding av karbon og silisium. Silisium er stoffet som kan gi ekstra mil til elbilen og ekstra timer til mobilen.

Framtidas batterier

Blandingen strykes ut på plater, tørkes og skjæres i rundinger. I et lufttett kammer på Institutt for energiteknikk (IFE) legger Hanne Andersen skivene med silisium og karbon inn i et metallhylster. Skivene er den negative elektroden til batteriet.

Inne i kammeret ligger hundrevis av tomme hylstere, klare til å fylles med komponenter som til sammen utgjør et litium-ionebatteri.

Tusenvis av forsøksbatterier har funnet veien ut av dette kammeret og ned til testrommet i etasjen under.

– Vi prøver å variere bare en egenskap om gangen for å skjønne hva som er det beste silisiumet til framtidas batterier, sier Kirkengen. Han er avdelingssjef for Batteriteknologisenteret på IFE der Andersen også arbeider.


Til venstre holder Hanne Andersen et flak av silisium og karbon. Det skal skjæres opp i rundinger som passer inn i batterihylstrene hun holder i den andre hånden.

Billig og brannsikkert

Hva er det med silisium som gjør at det egner seg så bra for batterier? Flere egenskaper, viser det seg.

Først av alt – silisium er billig. Alle jordas bergarter inneholder store mengder silisium. Silisium er talløst som sanden ved havets strand, som Bibelen sier. Sand består nettopp av store mengder silisium.

For det andre: Silisiumbatterier vil være mer brannsikre enn dagens litium-ionebatterier. Der lages den negative elektroden av grafitt. Grafitt brenner lettere enn silisium.

Binder mer litium

For det tredje, og kanskje viktigst: Silisium lagrer opptil en fjerdedel mer strøm i batteriet enn grafitt. Hvordan?

– Når litium-ionebatteriet lades opp, vandrer litium fra den positive elektroden og binder seg til grafitten, forklarer Andersen.

– I dagens batterier trengs det seks grafittatomer for å binde bare ett eneste litiumatom. Hvis grafitt erstattes med silisium, kan hvert enkelt silisiumatom binde hele fire litiumatomer, fortsetter hun.

Eser opp og sprekker

Men – ingen fordeler uten ulemper. Silisium har en stygg uvane når det binder litium: Det eser opp og blir porøst.

Biter av silisium kan løsne og miste elektrisk kontakt med den negative elektroden. Da gjør de ingen nytte i batteriet.

Det porøse silisiumet kan også forsterke uønskede kjemiske reaksjoner i batteriet. Disse reaksjonene kan forkorte levetida for batteriet.


Hanne Andersen monterer nye forsøksbatterier med silisiumelektrode på Batteriteknologisenteret til Institutt for energiteknikk.

Silisiumpulver

– Vi prøver å løse dette problemet ved å bruke riktig type bindemiddel for å holde det fine pulveret av karbon og silisium sammen, sier Andersen.

Selve pulverformen er også en fordel. Den gjør det lettere å kontrollere oppsprekkingen. Silisiumpulveret lages blant annet i en spesiell reaktor som utvikles videre her på IFE.

Her blåses en silisiumholdig gass, silan, inn i en varm reaktor. Et fint dryss av silisiumpartikler følger gasstrømmen ut av reaktoren igjen.


Reaktoren som produserer silisiumpulver utvikles videre på Institutt for energiteknikk. Avdelingsingeniør Hallgeir Klette viser fram røret der silangassen varmes opp, slik at pulveret av silisium felles ut og følger gasstrømmen videre ut av reaktoren.

Norsk silisium kan konkurrere

Slike prosjekter viser hvor IFE setter inn støtet: Ikke mot utvikling av ferdige batterier, men blant annet mot framstilling av silisium til batterier.

– Norge har ingen store batteriprodusenter. Norge har gode silisiumprodusenter som ønsker å levere til batteriprodusentene eller til deres underleverandører, sier Kirkengen.

De trenger å vite hva slags silisium som egner seg i neste generasjon litium-ionebatterier. Og de norske produsentene er konkurransedyktige, mener Kirkengen.

– Det er mange rundt om i verden som vil lage silisiumbatterier, men det spørs om de kan like mye om silisiumproduksjon som våre norske samarbeidspartnere, sier han.

forskning.no ønsker en åpen og saklig debatt. Vi forbeholder oss retten til å fjerne innlegg. Du må bruke ditt fulle navn. Vis regler

Regler for leserkommentarer på forskning.no:

  1. Diskuter sak, ikke person. Det er ikke tillatt å trakassere navngitte personer eller andre debattanter.
  2. Rasistiske og andre diskriminerende innlegg vil bli fjernet.
  3. Vi anbefaler at du skriver kort.
  4. forskning.no har redaktøraransvar for alt som publiseres, men den enkelte kommentator er også personlig ansvarlig for innholdet i innlegget.
  5. Publisering av opphavsrettsbeskyttet materiale er ikke tillatt. Du kan sitere korte utdrag av andre tekster eller artikler, men husk kildehenvisning.
  6. Alle innlegg blir kontrollert etter at de er lagt inn.
  7. Du kan selv melde inn innlegg som du mener er upassende.
  8. Du må bruke fullt navn. Anonyme innlegg vil bli slettet.

Annonse