Det mer än hundra år gamla nickel-järnbatteriet, NiFe-batteriet, kan nu stå inför en renässans. Detta efter att amerikanska forskare mångfalt lyckats förbättra tekniken, som ursprungligen utvecklades av Thomas Edison.
– Förhoppningsvis kan vi ge nickel-järnbatteriet nytt liv, säger Hongjie Dai, professor i kemi vid Stanforduniversitetet.
Modesvängningar i battervärlden
NiFe-batterierna föll ur modet under 1970-talet och idag används de bara i ett fåtal specialsammanhang. Problemet med de traditionella NiFe-batterierna är att det tar lång tid, i storleksordningen ett par timmar, att ladda upp och ladda ur dem. Samtidigt har de fördelen att de är tåliga och dessutom billiga att tillverka jämfört med andra batterier.
Det Stanfordforskarna har lyckats med är att med hjälp av nanoteknik skapa ett supersnabbt NiFe-batteri, som laddas på omkring två minuter, och kan laddas ur helt på under 30 sekunder. Resultaten av deras försök presenteras i tidskriften Nature Communications, och det ger nytt hopp åt en gammal tanke: att använda NiFe-batterier i elbilar.
Bilen som försvann – och kom tillbaka
Idén att driva bilar med elektricitet är långt ifrån ny. Thomas Edison, den store amerikanske uppfinnaren, såg elbilar som en utmärkt tanke och när han utvecklade NiFe-batteriet var det just för att kunna driva elfordon, som ett alternativ till de dyrare bly-syrabatterierna.
Men till hans besvikelse blev elbilarna med NiFe-batterier ingen kioskvältare. Under 1920-talet försvann NiFe-batterierna ur elbilarna, och tids nog övergavs även elbilarna själva. Så den utveckling av elbilar som sker idag är egentligen fortsättningen på en dröm från bilens barndom som legat slumrande under större delen av 1900-talet.
De flesta elbilar idag använder litium-jonbatterier, och även de har nackdelen att de tar lång tid att ladda. Forskarna bakom upptäckten ser därför deras snabba NiFe-batteri som ett komplementbatteri i framtida elbilsteknik.
– Vårt batteri kommer troligen inte kunna driva en elbil på egen hand, men det skulle kunna hjälpa till när det behövs en riktigt snabb urladdning av kraft som vid acceleration, eller för att ta vara på energin vid inbromsningar, säger Hailiang Wang, en av forskarna bakom studien.
En unikt lysande ficklampa
Den grundläggande principen för NiFe-batteriet är två elektroder av nickel respektive järn i en basisk lösning. Det forskarna har gjort är att med hjälp av kol förbättra battericellens egenskaper – och det är inte vilket kol som helst, utan det nobelprisvinnande materialet grafen.
Genom att odla kristaller av järn och nickel på ark av grafen respektive kolnanorör har de lyckats framställa elektroder med en högre elektrisk ledningsförmåga.
– Att koppla partiklarna av nickel och järn till kolet gör att elektriska laddningar kan röra sig snabbare mellan elektroderna och i kretsen runt omrkring. Så vi får en ultrasnabb version av nickel-järnbatteriet som kan laddas upp och ur på sekunder, säger Hongjie Dai.
Än så länge har forskarna tagit fram en prototyp på en volt, tillräckligt för att tända en ficklampa. Men det är själva tillvägagångssättet, att använda kolnanomaterial för tillverkning av elektroderna, som gör upptäckten intressant.
– Att använda starkt bundna nanomaterial i elektroderna är en spännande lösning. Det är annorlunda från traditionella metoder, säger Hongjie Dai.
– Jag tror att Edison skulle vara glad för de här framstegen.