Elektrolyttens ledeevne afhænger af, hvor hurtigt ionerne kan bevæge sig i elektrolytten. Ionerne i stensilikater bevæger sig som udgangspunkt langsommere end ionerne i litiumbaserede væskeelektrolytter eller faststofelektrolytter, da de er større og tungere. Men Mohamad har fundet en opskrift på et superionisk materiale af kalium samt en fremgangsmåde, der får ioner til at bevæge sig hurtigere end i litiumbaserede elektrolytter.
”Allerede den første måling med en batterikomponent afslørede, at materialet har en rigtig god ledeevne som faststofelektrolyt. Jeg kan ikke afsløre, hvordan jeg har udviklet materialet, da opskriften og fremgangsmåden nu er patenteret,” fortsætter Mohamad Khoshkalam.
Batteriet, alle venter på
Faststofbatterier anses af både forskere og elbilproducenter som fremtidens superbatteri. Senest har Toyota meldt ud, at de forventer at lancere en elbil med et litium-faststofbatteri i 2027-28. Flere bilproducenter har dog før annonceret elbiler med faststofbatterier for efterfølgende at trække i land.
I et faststofbatteri bevæger ionerne sig gennem et fast materiale og ikke gennem en væske som i de almindelige AA+-litiumionbatterier, du kan købe i supermarkedet. Det er der flere fordele ved: Ionerne kan bevæge sig hurtigere gennem et fast materiale, og det gør batteriet mere effektivt og hurtigere at oplade.
En enkelt battericelle kan laves så tynd som et stykke karton, hvor anode, katode og faststofelektrolyt er ultratynde materialelag. Derfor kan vi lave kraftigere batterier, der fylder mindre. Det giver fordele på vejen, da du vil kunne køre op til 1.000 km på en enkelt opladning på ca. 10 minutter. Derudover er et faststofbatteri mere brandsikkert, da det ikke indeholder væske, som kan antændes.
Før vi ser faststofbatteriet på markedet, er der dog flere udfordringer, som skal løses. Teknologien fungerer fint i laboratoriet, men er svær og dyr at opskalere. For det første er materiale- og batteriforskning både kompleks og tidskrævende, fordi materialerne er enormt sensitive og kræver avancerede laboratorier og udstyr. De litiumionbatterier, vi bruger i dag, tog over 20 år at udvikle, og vi udvikler stadig på dem.
For det andet skal vi udvikle nye måder at producere og forsegle batterierne på, så de ultratynde materialelag i battericellen ikke knækker, og så de har vedvarende kontakt. Det er nødvendigt for at batteriet kan virke. I laboratoriet løser man det ved at presse lagene i battericellen sammen med et højt tryk, men det er svært at overføre til et kommercielt elbilbatteri, som består af mange battericeller.
Faststof-stenbatteri er 'high-risk'-teknologi
Faststofbatterier baseret på kalium- og natriumsilikater har i modsætning til litium-faststofbatterier en lav TRL (Technology Readiness Level). Det betyder, at der stadig er lang vej fra opdagelsen i laboratoriet til at få teknologien ud i samfundet og gøre gavn. Vi kan derfor tidligst forvente at se dem i nye elbiler på markedet om 10 år.
Det er også en ’high-risk’-teknologi, hvor chancen for kommerciel succes er lille, og de tekniske udfordringer mange. Ikke desto mindre er Mohamad Khoshkalam fuld af optimisme:
”Vi har vist, at vi kan finde et materiale til en faststofelektrolyt, som er billigt, effektivt, miljøvenligt og skalerbart – og som endda fungerer bedre end faststofelektrolytter baseret på litium.”
Et år efter opdagelsen i laboratoriet på DTU har Mohamad Khoshkalam fået patent på opskriften og er ved at etablere startupvirksomheden K-Ion, som skal udvikle faststofelektrolyt-komponenter til batterivirksomheder. K-Ion er en del af initiativet DTU Earthbound, hvor de får støtte til få forskningen hurtigere ud af laboratoriet og videre ud i samfundet og gøre gavn.
Næste skridt for Mohamad Khoshkalam og hans team er at udvikle et demobatteri, der over for virksomheder og potentielle investorer kan vise, at materialet virker. De forventer at have en prototype klar om ca. 2-3 år.
