Ett forskarlag har utvecklat en teknik som dramatiskt kan öka livslängden och energitätheten hos batterier för elfordon (EV).
Ett elbilsbatteri måste bibehålla sin prestanda under upprepade laddnings- och urladdningsprocesser. Den nuvarande tekniken har dock ett stort problem: laddnings- och urladdningsprocessen gör att batteriets positiva aktiva material expanderar och drar ihop sig upprepade gånger, vilket orsakar mikroskopiska sprickor inuti. Allt eftersom tiden går minskar batteriets prestanda drastiskt. För att förhindra detta ökar forskarna styrkan hos de katodaktiva materialen eller genom att tillsätta förstärkande dopningsmedel, men dessa kan inte bli en grundläggande lösning.
Nyckeln till denna forskning, som nyligen publicerades i ACS Nano, är nanofjäderbeläggningstekniken som kan utforma elastiska strukturer. Forskargruppen implementerade ett flerväggigt kolnanorör (MWCNT) på ytan av batteriets elektrodmaterial. Detta absorberade töjningsenergi som genereras från laddnings- och urladdningsprocessen, förhindrade sprickor och minimerade tjockleksförändringar i elektroder för att förbättra stabiliteten. Teamet lyckades på ett effektivt sätt förhindra sprickor i batteriet och samtidigt förbättra dess livslängd och prestanda.
Denna teknik gör det möjligt för forskare att minimera motståndet som orsakas av volymförändringar i materialet med endast en liten mängd (0,5 vikt%, viktprocent) ledande material. Den kan realisera en hög energitäthet på 570 Wh/kg eller mer. Dessutom har den en utmärkt livslängd genom att bibehålla 78% av den ursprungliga batterikapaciteten efter 1.000 laddnings- och urladdningscykler eller mer.
Den här tekniken kan enkelt kombineras med befintliga batteritillverkningsprocesser, vilket gör det lätt att massproducera och kommersialisera. Denna utveckling förväntas övervinna de nuvarande begränsningarna inom batteritekniken och bana väg för effektivare och mer hållbara batterier för elbilar. Detta kan bidra till utvecklingen av elfordon som är överlägsna de befintliga.
Teamet leddes av professor Kyu-Young Park från Institute of Ferrous & Eco Materials Technology, Department of Materials Science & Engineering, POSTECH, och forskningen bedrevs i samarbete med Samsung SDI, Northwestern University och Chung-Ang University.
Professor Park vid POSTECH säger: ”Med ett annorlunda tillvägagångssätt än de befintliga kontrollerar denna forskning effektivt förändringar som kan uppstå i ett batteri under laddnings- och urladdningsprocessen. Den här tekniken kan få stor användning inte bara inom sekundärbatteriindustrin utan även inom olika branscher där materialets hållbarhet är viktig.”
För mer information: Jong-Heon Lim et al, Enhancing Mechanical Resilience in Li-Ion Battery Cathodes with Nanoscale Elastic Framework Coatings, ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.4c14980
