Det er først og fremst tre problemer brukerne av oppladbare batterier for mobile enheter og elbiler opplever i dag – begrenset kapasitet, lang ladetid og relativt kort levetid.

Kapasiteten henger sammen med hvor tett energien kan lagres i batteriene. Man kan lage svært store batterier, men vekt, størrelse og pris gjør dem uegnet i mange tilfeller. Det gjøres framskritt på dette område, men utviklingen skjer langt langsommere enn behovet. Men ulempen ved lav kapasitet kan i mange tilfeller utlignes dersom ladetiden kan reduseres kraftig. I alle fall dersom man også gis mulighet til å lade batteriene på enda flere steder enn i dag.

Digi.no har flere ganger det siste året skrevet om ulike forskningsprosjekter som kommet langt med å forbedre ladetiden til batterier. Felles for alle er at teknologiene ikke er klare for markedet ennå. Noen vil av ulike årsaker aldri komme dit, andre vil bruke lang tid.

Derfor er det viktig at mange ulike forskningsgrupper forsøker å nå det samme målet, men med forskjellige tilnærminger. Kanskje én av disse vil oppnå suksess og bli brukt i dagligdagse produkter om fem til ti år.

To minutter
Den siste i rekken med kunngjøringer om gjennombrudd innen redusert ladetid på oppladbare batterier, kommer fra Nanyang Technology University (NTU) i Singapore. Her hevder forskere at batteriene de har utviklet ikke bare kan lades opp til 70 prosent i løpet av to minutter. Batteriene skal også kunne lades opp langt flere ganger før de må skiftes ut.

For mens kapasiteten til dagens litium-ion-batterier vil reduseres betydelig etter 500 til 1000 oppladninger, skal de nye batteriene kunne lades 10 000 ganger. Med én daglig oppladning tilsvarer dette en levetid på mer en 27 år – mye lenger enn vanlig levetid på biler, for ikke å snakke om mobiltelefoner, nettbrett og pc-er.

I det nye batteriet har grafitten som vanligvis brukes i den negative polen, anoden, i litium-ion-batterier blitt erstattet med et gelmaterial laget av titandioksid, som det finnes betydelige naturlige forekomster av. Det brukes i dag i alt fra mat til maling.

Førsteamanuensis Chen Xiaodong ved NTUs School of Materials Science and Engineering har greid å omdanne titandioksid til små nanorør. I batteriet bidrar disse til å øke hastigheten på de kjemiske reaksjonene som skjer når batteriet lades opp. En vitenskapelig artikkel om denne forskningen publisert i den siste utgaven av journalen Advanced Materials. Fire forskere har brukt tre år på dette arbeidet.

Chen og hans gruppe har fått patent på teknologien, som allerede skal være lisensiert bort til et selskap som vurderer produksjon. Dette har skjedd allerede før forskerne har fått finansiert byggingen av langt større batterier som bevis på at konseptet fungerer.

To år
Chen er dog svært optimistisk når det gjelder tidshorisonten for batteriteknologien. Han regner med at slike batterier vil komme på markedet allerede i løpet av de kommende to årene.

– Elektriske biler vil kunne øke rekkevidden dramatisk, med bare fem minutter med lading, noe som er jevngodt tiden som brukes ved bensinpumpene for dagens biler, sier Chen i en pressemelding.

Batteriene utviklet med NTU skal dessuten ikke ha behov for tilsetningsstoffer for å knytte elektroder til anodene. Ifølge universitetet bidrar dette til høyere energitetthet i batteriet. Selve produksjonen av nanorør-gelen skal være relativt enkel. Det dreier seg om å blande titandioksid og natriumhydroksid (lut), som deretter røres under en viss temperatur. Blandingen skal være enkel å integrere med eksisterende produksjonsprosesser.

Miljø
– Like viktig er det at vi nå kan dramatisk redusere det giftige avfallet som genereres av kasserte batterier, siden våre batterier varer ti ganger lenger enn den nåværende generasjonen med litium-ion-batterier, sier Chen.

Chen og hans gruppe får ros av professorkollega Rachid Yazami, som var med på å finne opp litium-grafitt-anoden for mer enn 30 år siden. Det er den samme anoden som brukes i dag og som bidro til at Sony kunne tilby de første litium-ion-batteriene kommersielt i 1991.

Yazami kaller Chens oppfinnelse for det neste, store spranget innen batteriteknologi.

– Det er fortsatt rom for forbedring, og ett slikt nøkkelområde er effekttetthet – hvor mye effekt som kan lagres i en gitt mengde med rom – som er direkte relatert til hvor evnen for rask oppladning. Ideelt bør ladetiden for elektriske kjøretøyer være kortere enn 15 minutter, noe Chens nanostruktur-anode har demonstrert, sier Yazami, som ifølge NTU ikke er involvert i Chens forskningsgruppe. Men også han jobber med utvikling av nye typer batterier for elektriske kjøretøyer.