Solid state - neste generasjon batterier

Når gavene pakkes opp på julaften, er det ofte en fordel å ha et lager med batterier liggende klar i skuffen. Dersom du har gjennomført øvelsen med å få liv i forskjellige blinkende vidundre, har du kanskje lagt merke til at selv de minste batteriene veier ganske mye i forhold til størrelsen. Grunnen til det, er at de inneholder en flytende væske, kalt elektrolytt.

Samme prinsipp

Batteriet i en elbil er konstruert etter samme prinsipp som de du putter inn i julegavene. En mengde små battericeller plasseres i større enheter, og disse enhetene monteres så sammen til et digert batteri, som festes i gulvet på elbilen. Hver enkelt celle har en positiv pol kalt katode, og en negativ pol kalt anode. De er adskilt med en sperre, som hindrer polene fra å berøre hverandre, slik at det ikke oppstår kortslutning.

Dynamo

Battericellene er også fylt med en flytende væske, elektrolytten, som gjør at negative ioner kan forflytte seg fra anoden til den positive katoden. Når de slutter seg til katoden, får den et overskudd av elektroner, og de setter kursen mot bilens elmotor gjennom en kabel.

Slik sørger batteriet for fremdrift når du trår på gassen. Dersom du tråkker på bremsen, fungerer elmotoren som en dynamo, og sender elektroner i motsatt retning for å lade opp batteriet igjen. Dette er årsaken til at du får mer kapasitet og rekkevidde, dersom du kjører ned fra et høyt fjell og aktiverer regenerering.

Dypfryst

Batterier som benytter flytende væske som elektrolytt, har noen ulemper. De kan utgjøre opptil en tredjedel av bilens totale vekt, og på store SUV-er er det ikke uvanlig med batterier som veier 700 - 800 kg.

Alle som har satt seg inn i en dypfryst elbil på en iskald vinterdag, har nok erfart at sterk kulde reduserer rekkevidden ganske mye. Skal du langt av gårde må du kanskje velge mellom å kle deg godt eller skru på varmen. Og når du stanser for å lade, bør batteriet forvarmes, slik at det greier å hente ut brukbar effekt fra hurtigladeren.

Mekanisk slitasje

Etter hvert som kapasiteten til batteriet øker og minker vil væsken som utgjør elektrolytten også fungere mindre effektivt, noe som bidrar til at kapasiteten synker med årene. Det vil også oppstå mekanisk slitasje over tid, fordi væsken inni cellene utvider seg når de lades opp, og trekker seg sammen når igjen når de lades ut.

Kan ta fyr

Ved kraftige sammenstøt har det vist seg at denne væsken også kan forårsake kraftige branner, som er vanskelig å slukke siden kjemiske reaksjoner i det ødelagte batteriet skaper en kjedereaksjon som antenner den på nytt. Renault har utviklet et patent med en sikkerhetsventil som gjør det mulig for brannvesenet å oversvømme batteriet med vann, for å hindre nettopp den type kjedereaksjon og korte ned tiden det tar å slukke.

Foto: Renault PR

Foto: Renault PR

Elbiler med denne type batterier krever også avanserte styringssystemer, som regulerer varmen under vanlig kjøring og holder temperaturen innenfor det optimale arbeidsområdet.

Smartklokke

Hvis du har en smartklokke på håndleddet, så har du allerede tatt i bruk et solid state batteri. Teknologien bygger på kjente prinsipper, og brukes i små enheter som for eksempel smartklokker og pacemakere. Den flytende elektrolytten og sperren mellom positiv og negativ pol fjernes. I stedet fylles batteriet med et fast stoff, som ikke endrer tilstand, men altså befinner seg i en solid state. Dette medfører flere forskjellige fordeler.

Veier mindre og går lengre

Et solid state batteri vil i langt mindre grad påvirkes av variasjoner i temperatur, siden det ikke inneholder flytende væske. Vekten vil kunne reduseres betraktelig, kanskje med så mye som 50 prosent. Samtidig vil kapasiteten og dermed også rekkevidden øke med flere hundre kilometer.

Elbiler utstyrt med solid state batterier vil veie mindre, gå lengre, og dessuten kunne lades opp på nesten like kort tid som det tar å fylle tanken på en bil med forbrenningsmotor. Brannrisikoen vil også reduseres kraftig, siden det ikke vil lekke ut brennbar væske ved en ulykke.

Helt annen skala

Dette høres jo helt supert ut, så hvorfor begynner ikke alle produsenten å bruke slike batterier med en gang? Selv om mange har en smartklokke på armen med et solid state batteri inni, kan det ikke uten videre skaleres opp og puttes inn i en elbil.

Der må batteriet lagre over 100 kWh, og kunne ta i mot ladeeffekt på en helt annen skala enn det som kommer via en USB-kabel. Elbiler selges også med garanti for hvor lenge batteriet skal vare, og så langt har det vist seg vanskelig å finne et materiale som tåler alt det en bil utsettes for i mange år.

Lexus

Toyota er en av de produsentene som satset tungt på utvikling av solid state batterier. På selskapets nettside skriver de at planen er å lansere de første modellene med denne teknologien i 2027 eller 2028. I første omgang skal det sørge for en økning i rekkevidden på rundt 20 prosent, og en ladetid på under 10 minutter, men de nevner også en kommende variant som øker rekkevidden med 50 prosent. Mest sannsynlig vil de første modellene som benytter den nye teknologien få en høyere pris, og derfor vil Lexus nok være et logisk valg med tanke på lansering.