Forskare i Kina har utvecklat batteri som fungerar vid -70 grader Celsius. Upptäckten möjliggör framtida rymdfärder även till de kallaste områdena i yttre rymden.

Litiumjonbatterier har en enastående prestanda, men den stora svagheten är att de inte fungerar så bra vid låga temperaturer. Kanske har du själv märkt av hur mobilen fungerar sämre eller inte alls vid kallt vinterväder? Det beror på att jonerna rör sig långsammare vid låga temperaturer och dessutom saktar den kemiska reaktionen ner – vilket gör att batteriet förlorar i spänning.

Förutom att trötta batterier skapar besvär och irritation för oss som bor i kallare klimat, finns det även andra områden som gäckar forskarna. Om litiumjonbatterier ska kunna fungera även i de kallaste delarna av yttre rymden måste de klara mer kyla. När temperaturen sjunker faller prestandan snabbt och vid -20°C har de flesta litiumjonbatterier har bara 50 % av sin ursprungliga kapacitet. Vid -40°C kan kapaciteten vara så låg som 12% av den ursprungliga.

Temperaturtåliga batterier

I yttre rymden kan temperaturen falla till -157°C och det krävs nog en del forskning innan batterierna kan tåla så sträng kyla. Men ett team med kinesiska forskare har tagit ett stort steg i rätt riktning. De har nämligen lyckats ta designa ett nytt batteri som kan fungera vid -70 grader Celcius. Hemligheten är organiskt sammansatta elektroder (etylacetatbaserad elektrolyt), vilket ger långsam upplösning av Li+ och tillräcklig jonledningsförmåga vid låg temperatur.

”Fördelen med de etylacetatbaserade elektrolyt- och organiska polymererna kan det uppladdningsbara batteriet fungera bra vid ultra-låg temperatur på -70 grader Celsius”, säger Dr. Yong-yao Xia, en batteriforskare vid Kemiska institutionen vid Fudan University i Shanghai, Kina.

Teamet har experimenterat med att använda en ester (etylacetat) -baserad elektrolyt, som har en låg fryspunkt vilket gör att den kan ladda även vid extremt låga temperaturer. Andra har tidigare försökt lösa problemet med olika tillsatser som flytande gaselektrolyt eller genom värmning, men resultaten av dessa studier har inte varit tillfredsställande. Båda dessa alternativ ger också batteriet en ökad vikt, vilket inte är önskvärt. Med de nya polymerelektrodbatterierna slipper man detta problem.

”Det är välkänt att både elektrolyten (det kemiska mediet som bär joner mellan elektroderna) och elektroder (den positivt laddade katoden och negativt laddad anod) har stor inverkan på batteriets prestanda, fortsätter Dr. Yong-yao Xia.

Ny produktionsvänlig teknik

Xia och hans team tror på upptäckten och poängterar att den nya batterikompositionen även har många andra produktionsvänliga egenskaper. ”Jämfört med de övergångsmetallhaltiga elektroderna i konventionella litiumjonbatterier är organiska material rikliga, billiga och miljövänliga”, säger han.  En uppskattning gör gällande att priset på elektrodmaterialet hamnar på ungefär en tredjedel av priset för elektroder i ett konventionellt litiumjonbatteri.

Batterierna är inte färdigtestade för marknaden ännu utan det krävs vidare studier samt utveckling av mer konsumentvänliga produkter. Att det finns goda förutsättningar råder det inget tvivel om och både National Science Foundation of China och National Key Research and Development Plan bistår med finansieringsstöd. Tills vidare får du dock nöja dig med att värma mobiltelefonen under armen när det är riktigt kallt ute.

Källor: Science Direct, Science Daily