En ny sorts litiumbatteri baseras på både järn och syre och kan på så vis driva mer litiumjoner. Resultatet blir ett effektivare batteri som kan räcka längre.

Litiumjonbatterier är populära inom många områden och forskning pågår ständigt kring hur man kan få dem att räcka längre. Nu har ny teknik sett dagens ljus och genom att använda så enkla material som syre och järn för att driva den elektrokemiska reaktionen kan batteriet bli billigare att tillverka och få högre kapacitet. Hur är det möjligt?

På pappret verkade det inte som att Christopher Wolverton´s superbatteri skulle fungera, men verkligheten motbevisade teorin – och det ordentligt. Normalt försöker man undvika järn i batterier, eftersom kombinationen brukar innebära problem. Den billiga metallen har betraktats som dömd att misslyckas i samband med batteritillverkning, men nu har allt ställts på sin spets.

Ny teknik för batteri

Det nya batteriet fungerar nämligen inte bara bra – utan över all förväntan! Christopher Wolvertons grupp vid Northwestern University har samarbetat med forskare vid Argonne National Laboratory och tillsammans har de utvecklat ett laddningsbart litium-järnoxidbatteri som kan är mycket effektivare än vanliga litium-koboltoxid-batterier.

Litium-koboltbatterier har funnits på marknaden i 20 år och har länge setts som det enda alternativet. Dessa fungerar kortfattat som att litiumjoner flyttas från anoden och katoden och för att detta ska fungera behövs en övergångsmetall – kobolt. I Wolvertons batteri är kobolt ersatt med järn och syre tillförs också i processen.

Balansgång mellan olika material

Kombinationen av syre och järn i det nya batteriet frigör fler litiumjoner och resultatet är ett batteri med mycket högre kapacitet – vilket gör det möjligt att använda smartphones, laptops och batteridrivna bilar under mycket längre tid. Hemligheten ligger i att hitta rätt balans mellan litium-, järn- och syrgasjoner för att det ska bli en reversibel reaktion där syrgasen hindras från att fly.

”Vår beräkningsprognos för denna batterireaktion är mycket spännande, men utan experimentell bekräftelse skulle det finnas många skeptiker”, säger Christopher Wolverton, professor i materialvetenskap och teknik i Northwestern’s McCormick School of Engineering. ”Det faktum att det faktiskt fungerar är anmärkningsvärt.”

Revolutionerande effektivt

I konventionella litiumbatterier står övergångsmetallen för reaktionen. Eftersom det bara finns en litiumjon per koboltjon begränsar detta hur mycket laddning batteriet kan lagra. Dessutom används vanligen bara hälften av litiumet i batteriets katod – vilket kan betraktas som slöseri. I det nya batteriet är det alltså syret som ger en extra skjuts. Det tvingar fram en mycket effektiv reaktionsprocess, med fantastiska möjligheter.

”Fyra litiumjoner för varje metall – det skulle förändra allt”, sa Wolverton. ”Det betyder att din telefon kan hålla åtta gånger längre eller din bil kan köra åtta gånger längre. Om batteridrivna bilar kan konkurrera med eller överstiga bensindrivna bilar vad gäller utbud och kostnad, så kommer det att förändra världen.”

Än så länge finns ett provisoriskt patent för batteriet och Wolverton och hans team har planer på att även utforska andra föreningar där denna strategi kan fungera.