Solid-state-batterier är av stort intresse för elfordonsindustrin. Forskare vid Chalmers tekniska högskola, Sverige, och Xi'an Jiaotong University, Kina har nu presenterat ett nytt sätt att ta detta lovande koncept närmare storskalig kommersiell tillämpning. Ett mellanskikt tillverkat av en bredbar, "smörliknande" material förbättrar strömtätheten tio gånger, samtidigt som det ökar prestanda och säkerhet.

"Detta mellanskikt gör battericellen betydligt mer stabil, och kan därför motstå mycket högre strömtäthet. Vad som också är viktigt är att det är väldigt lätt att applicera den mjuka massan på litiummetallanoden i batteriet – som att breda smör på en smörgås, säger forskaren Shizhao Xiong vid institutionen för fysik på Chalmers.

Tillsammans med Chalmers professor Aleksandar Matic och professor Songs forskargrupp i Xi'an, Shizhao Xiong har arbetat länge med att skapa ett lämpligt mellanlager för att stabilisera gränssnittet för solid-state-batterier. De nya resultaten presenterades nyligen i den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften Avancerade funktionella material

solid-state-batterier skulle kunna revolutionera elektriska transporter. Till skillnad från dagens litiumjonbatterier, Solid-state-batterier har en fast elektrolyt och innehåller därför inga miljöfarliga eller brandfarliga vätskor.

Ett solid state-batteri kan liknas vid en torr smörgås. Ett lager av metall litium fungerar som en skiva bröd, och en keramisk substans läggs ovanpå som en fyllning. Denna hårda substans är batteriets fasta elektrolyt, som transporterar litiumjoner mellan batteriets elektroder. Men "smörgåsen" är så torr, det är svårt att hålla ihop det – och det finns också problem som orsakas av kompatibiliteten mellan "brödet" och "pålägget." Många forskare runt om i världen arbetar för att ta fram lämpliga lösningar för att ta itu med detta problem.

Materialet som forskarna i Göteborg och Xi'an nu arbetar med är ett mjukt, bredbar substans tillverkad av nanopartiklar av den keramiska elektrolyten LAGP blandad med en jonisk vätska. Vätskan kapslar in LAGP-partiklarna och gör mellanskiktet mjukt och skyddande. Materialet fyller flera funktioner och kan enkelt appliceras.

Även om solid-state-batterier har hög potential, det finns ännu inget etablerat sätt att göra dem tillräckligt stabila, speciellt vid höga strömtätheter, när mycket energi utvinns från en battericell mycket snabbt under snabb laddning eller urladdning. Chalmersforskarna ser stor potential i utvecklingen av detta nya mellanskikt.

"Detta är ett viktigt steg på vägen mot att kunna tillverka storskalig, kostnadseffektiv, säkra och miljövänliga batterier som levererar hög kapacitet och kan laddas och laddas ur med hög hastighet, säger Aleksandar Matic, professor vid institutionen för fysik på Chalmers, som förutspår att solid-state-batterier kommer att finnas på marknaden inom fem år.