Jelena Popovic-Neuber ønskjer å finne svar på kva som påverkar yting og levetid til kraftige batteri. Eitt av spørsmåla ho stiller, er korleis elektrolyttar påverkar effekt, yting og kor lenge eit batteri varer.
Batteri finst overalt. Vi brukar dei dagleg, alt frå små knappcellebatteri til store høgenergibatteri. Høgenergibatteri er kraftige batteripakkar som er designa for å lagra og levera store mengder energi i forhold til eiga vekt. Dei blir primært brukt i elbilar og store maskiner. Batteria er basert på litiumteknologi og har svært høg spenning.
Moderne batteri er avhengig av kritiske metall som litium, kobolt og nikkel, material som blir brukt for å maksimera energitettheita. Utvinninga av desse råmateriala har store konsekvensar for miljøet. Difor er eitt av måla å produsera batteri med så lang levetid som mogleg. Eitt anna mål er å lagre meir energi på same (eller mindre) plass, ved å bytte ut karbon som elektrode med litium-metall eller silisium.
Mange av prosessane som avgjer kor godt eit batteri fungerer og kor lenge det varer, involverer ion og elektron. Prosessane skjer på mikroskopisk nivå, og det er framleis mykje forskarane ønskjer betre kunnskap om.
– Vi er spesielt interessert i kva som skjer i grensesnittet mellom metallelektroden og den flytande elektrolytten i høgenergibatteri, ei av dei eldste problemstillingane innan dette forskingsfeltet. Det er der ytingstapet og forringinga byrjar, seier Jelena Popovic-Neuber.
Ho er professor i materialvitskap og elektrokjemi ved Universitetet i Stavanger (UiS). Saman med kollegaene i forskargruppa for batteriteknologi ved UiS har ho nyleg publisert fleire artiklar som tek for seg elektrolyttane i batteri.
– Vi studerer korleis materiale reagerer når elektrisitet flyt gjennom dei. Alkalimetall er lovande som batterielektrodar, men dei er òg svært reaktive. I møte med elektrolyttar dannar dei eit tynt lag kalla den faste elektrolytt-mellomfasen, eller solid electrolyte interphase (SEI) på engelsk. Dette tynne laget spelar ei avgjerande rolle i korleis batteriet yter og kor fort det eldest, forklarer Popovic-Neuber.
Er SEI eit problem?
Så kva er eigentleg SEI, og kva tyding har det for batteri?
– Du kan sjå på SEI som både ein vernar og eit problem. På den eine sida hindrar det uønskte reaksjonar mellom elektroden og elektrolytten. På den andre sida tilfører dette tynne laget motstand. Elektrolyttlaget kan òg veksa over tid, noko som reduserer batterieffektiviteten. Å forstå korleis dette laget blir danna og utviklar seg, er nøkkelen til å utvikla batteri med lengre levetid, seier Jelena Popovic-Neuber.
I dei siste laboratorieforsøka har UiS-forskarane brukt ein teknikk som heiter elektrokjemisk impedansspektroskopi. Ideen er å sende eit lite signal til batteriet for å observera korleis det reagerer over eit frekvensområde. Dette gjer at forskarane kan skilja mellom ulike prosessar som skjer inne i batteriet.
– Det er som å lytta til eit stort orkester og kunna plukka ut kvart enkelt instrument.
Samanliknar ulike metall
Forskarane har samanlikna litium, natrium og kalium, men dei har òg studert metall som magnesium og aluminium, og til og med silisiumskiver. Magnesium og aluminium er attraktive alternativ til litium fordi dei finst i større mengder, og dei er meir berekraftige og billegare alternativ.
Ved å samanlikna dei ulike metalla kan forskarane forstå korleis grunnleggjande eigenskapar endrar seg på tvers av metallgruppene.
– Eit overraskande funn frå den siste studien var kor stor tyding ladningsoverføringa har, ein prosess der ion og elektron møtest. Dette blir ofte forenkla eller oversett i modellar, men forsøka våre viste at ladningsoverføringa kan bidra betydeleg til den totale motstanden i batteriet, seier Popovic-Neuber.
– Eit anna interessant resultat var korleis ionet si evna til å bevega seg gjennom elektrolytten – det vi kallar overføringstalet – endrar seg når cellene eldest eller blir utsette for ulike temperaturar.
Kvardagsteknologi
Målet til forskarane er å få betre forståing av dei grunnleggjande prosessane i eit batteri. Då har ein grunnlaget for å designa betre batterimateriale og òg betre elektrolyttar.
– Forskinga vår kan bidra til utvikling av batteri som lagrar meir energi, varer lenger og ladar raskare. På lang sikt støttar det utviklinga av meir berekraftige energilagringsløysingar, som ein del av det grøne skiftet, seier Jelena Popovic-Neuber.
Ho legg til at det framleis er mykje å utforska innan fagfeltet.
– Vi beveger oss mot meir komplekse og kraftige energilagringssystem, og forståinga av grensesnitt vil bli avgjerande, avsluttar ho.
Referansar
- https://doi.org/10.1002/aenm.202506747
- https://doi.org/10.1016/j.jechem.2025.07.057
- https://doi.org/10.1038/s42004-024-01381-2
- https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.4c01589
Tekst: Kjersti Riiber