Mekaniskt tryck kan fördubbla batteriets livslängd, ny forskning från Cambridge

Mekaniskt tryck visar sig kunna vara nyckeln till betydligt längre batterilivslängd, enligt en ny studie från University of Cambridge. Medan jakten på bättre elbilsbatterier oftast handlar om nya kemier, nya material eller avancerade tillverkningsmetoder, har forskarna i det här fallet hittat en betydligt enklare lösning. Genom att hålla battericellerna under ett jämnt och konstant tryck lyckades de fördubbla livslängden hos vanliga litiumjonceller, utan att röra vare sig elektrolyt eller elektrodmaterial.

Vad forskarna faktiskt gjorde

Bakgrunden till studien är ett väl känt problem. När ett litiumjonbatteri laddas och laddas ur sväller och krymper elektroderna i varje cell vid varje cykel. Över tid leder den upprepade rörelsen till mikrosprickor, särskilt i anoder med hög andel kisel, men även i vanligare grafitbaserade anoder. Dessa sprickor bidrar till den gradvisa kapacitetsförlust som alla litiumjonbatterier drabbas av med åren.

Cambridge-forskarnas lösning byggde på luftfyllda kuddar som höll ett nästan konstant tryck mot de så kallade pouchceller som användes i testerna, vilket minskade variationerna i trycket och höll cellen samman under hela dess livslängd. I testerna visade det sig att ett tryck på omkring 12,5 bar, ungefär fyra gånger högre än vad som normalt används i battericeller idag, gav de bästa resultaten.

Mätvärde	Resultat
Testat tryck	ca 12,5 bar, konstant
Jämförelse	ca 4 gånger högre än normalt tryck
Kapacitet efter 1 100 cykler	96,2 procent kvar
Uppskattad effekt på livslängd	Ungefär dubbelt så lång

Resultatet, mindre slitage utan ny kemi

Efter 1 100 laddcykler hade battericellerna i studien fortfarande kvar 96,2 procent av sin ursprungliga kapacitet, en anmärkningsvärt hög siffra. Forskarna kunde samtidigt se betydligt mindre slitage på både anod och katod jämfört med celler som utsattes för lägre och mer varierande tryck. Enligt forskarna är den stora poängen att ingen ny batterikemi behövs. Det handlar i stället om hur cellerna hanteras mekaniskt, vilket i teorin skulle kunna göra tekniken relativt enkel att implementera jämfört med att utveckla helt nya material.

Det är värt att sätta detta i perspektiv mot andra pågående ansatser att förlänga batteriers livslängd. Amerikanska Sila Technology, som samarbetar med Mercedes, arbetar exempelvis med ett anodmaterial kallat Titan Silicon för att komma åt samma typ av sprickbildning från ett materialperspektiv. Cambridge-forskarnas metod löser i stället samma grundproblem mekaniskt, utan att röra cellens kemiska sammansättning alls.

Utmaningarna innan tekniken når din bil

Så här långt är tekniken enbart testad i laboratoriemiljö, och det återstår en hel del arbete innan den kan användas i serietillverkade battericeller. Den största utmaningen forskarna själva pekar på är vikt. Ett system som håller battericeller under konstant mekaniskt tryck behöver rimligen egen struktur och material, vilket riskerar att öka batteripaketets totalvikt. För en elbil skulle det direkt påverka räckvidden negativt, vilket delvis skulle äta upp fördelen av den längre livslängden. Att lösa den avvägningen utan att göra batteripaketen tyngre eller dyrare är nästa steg för forskningen.

Det är också oklart hur lång tid det tar innan en sådan teknik, om den visar sig fungera i större skala, faktiskt implementeras av batteritillverkare och biltillverkare. Historiskt har vägen från lovande labbresultat till serieproduktion i fordonsindustrin ofta tagit flera år, eftersom nya lösningar måste testas grundligt för säkerhet och hållbarhet innan de börjar användas i kommersiella produkter.

Varför batterilivslängd spelar så stor roll

Batteriet är fortsatt den enskilt dyraste komponenten i en elbil, och hur länge det håller påverkar direkt både andrahandsvärdet och den totala ägandekostnaden. En metod som kan fördubbla livslängden utan att kräva ny kemi eller dyrare råvaror skulle, om den visar sig fungera i praktiken, kunna sänka kostnaden per körd mil betydligt över bilens livstid. Vill du läsa mer om vad som redan idag påverkar hur snabbt ditt batteri åldras, som laddvanor och temperatur, har vi gått igenom det i artikeln om snabbladdning och batteriets hälsa.

Ett mönster av flera parallella spår mot längre batterilivslängd

Cambridge-studien är ett exempel bland flera på att branschen just nu angriper batterilivslängd från flera olika håll samtidigt. Forskare vid Chalmers har tidigare i år visat att AI-styrd anpassning av laddströmmen kan öka livslängden med nästan 23 procent utan att förlänga laddningstiden, genom att ta större hänsyn till batteriets föränderliga elektrokemiska tillstånd under laddning. Andra studier har visat att verkliga körmönster, med naturliga variationer i belastning, kan vara skonsammare mot batteriet än de konstanta labbtester som historiskt använts för att uppskatta livslängd. Tillsammans målar de olika forskningsspåren upp en bild där morgondagens batterier sannolikt håller längre, inte primärt tack vare en enskild genombrottsteknik, utan genom en kombination av mjukvara, körbeteende och nu möjligen även mekanisk design.

Vanliga frågor om mekaniskt tryck och batterilivslängd

Hur fungerar mekaniskt tryck för att förlänga batteriets livslängd?

Ett jämnt och konstant tryck mot battericellen minskar de mikrosprickor som annars uppstår när elektroderna sväller och krymper vid varje laddcykel. Mindre sprickbildning ger långsammare kapacitetsförlust över tid.

Behövs ny batterikemi för att tekniken ska fungera?

Nej, det är en av styrkorna med metoden. Forskarna använde vanliga litiumjonceller utan att ändra elektrolyt eller elektrodmaterial, vilket i teorin gör tekniken enklare att implementera än att utveckla en helt ny kemi.

När kan tekniken finnas i vanliga elbilar?

Det är ännu oklart. Tekniken är hittills bara testad i laboratoriemiljö, och en av de största utmaningarna är att implementera trycksystemet utan att öka batteripaketets vikt, vilket skulle påverka räckvidden negativt.

Hur mycket längre livslängd kan tekniken ge?

I studien visade cellerna 96,2 procent kvarvarande kapacitet efter 1 100 laddcykler, vilket forskarna uppskattar motsvarar en ungefär dubbelt så lång livslängd jämfört med celler som inte hålls under samma konstanta tryck.

→ Hitta rätt laddbox och kabel för din elbil med Laddkollen