Solid-state-batteri
 Schematisk uppbyggnad av ett solid-state-batteri | |
| Typ | Uppladdningsbart batteri |
|---|---|
| Elektrolyt | Fast (keramisk, polymer eller sulfid) |
| Minuspol | Litium-metall eller annat fast ämne |
| Pluspol | Fast elektrodmaterial |
| Specifik energi | 250–900 Wh/kg |
| Nominell spänning | 2,5–4,6 V |
| Cykellivslängd | Upp till cirka 10 000 cykler |
| Självurladdning | 6–8 % per månad |
| Driftstemperatur | −50 °C till 125 °C |
| Laddtemperatur | −20 °C till 105 °C |
| Kommersialisering | Under utveckling |
Ett solid-state-batteri (svenska: fastfasbatteri eller fast tillstånds-batteri) är ett uppladdningsbart ackumulator där elektrolyten är fast istället för flytande eller gelbaserad. Jontransporten sker genom ett fast material, exempelvis en keramisk, polymer eller sulfidbaserad elektrolyt.[1]
Solid-state-batterier betraktas som en vidareutveckling av litiumjonbatterier och förväntas kunna erbjuda högre energitäthet, förbättrad säkerhet och längre livslängd.[2]
Uppbyggnad
Huvudkomponenterna i ett solid-state-batteri är:
- Positiv elektrod (har såväl katod- som anodfunktion)
- Negativ elektrod (har såväl anod- som katodfunktion)
- Fast elektrolyt
Den fasta elektrolyten kan bestå av olika materialtyper:
- Oxidkeramer (t.ex. litium-lanthan-zirkoniumoxid, LLZO)
- Sulfidbaserade material
- Fasta polymerer
- Kompositmaterial
Till skillnad från konventionella litiumjonbatterier används ingen brandfarlig flytande organisk elektrolyt, vilket kan minska risken för läckage och brand.[3]
Funktion
Vid urladdning rör sig litiumjoner från den negativa elektroden till den positiva genom den fasta elektrolyten, samtidigt som elektroner flödar genom den yttre kretsen. Vid laddning sker processen i omvänd riktning.
Den fasta elektrolyten måste uppfylla flera krav:
- Hög jonledningsförmåga
- Kemisk och elektrokemisk stabilitet
- Mekanisk hållfasthet
- Ingen (eller mycket låg) elektronledningsförmåga
En teknisk utmaning är att säkerställa låg resistans i gränssnittet mellan elektroder och fast elektrolyt.[4]
Fördelar
Högre energitäthet
Solid-state-batterier möjliggör användning av metalliskt litium i minuselektroden. Metalliskt litium har mycket hög teoretisk kapacitet jämfört med interkalerad litium i grafit.[5]
Förbättrad säkerhet
Avsaknaden av flyktiga organiska lösningsmedel minskar brandrisken jämfört med konventionella batterier.[6]
Utmaningar
Trots potentiella fördelar finns flera tekniska hinder:
- Hög tillverkningskostnad
- Mekanisk sprödhet hos keramiska elektrolyter
- Instabila gränsytor mellan elektroder och elektrolyt
- Begränsad skalbar produktion
Utvecklingen är fortfarande till stor del i forsknings- och demonstrationsfas.[7]
Användningsområden
Solid-state-batterier utvecklas främst för:
- Elbilar
- Bärbar elektronik
- Medicinteknisk utrustning
- Stationär energilagring
Flera fordons- och batteritillverkare har investerat i tekniken, men bred kommersialisering återstår.
Transport
Eftersom solid-state-batterier ofta är litiumbaserade omfattas de av transportregler för farligt gods, inklusive FN:s testreglemente UN Manual of Tests and Criteria, del III, sektion 38.3.[8]
Se även
Referenser
- ↑ Zhang, Zhengcheng; Yang, Yang (2018). ”Research progress on solid-state electrolytes for lithium-ion batteries”. Energy Storage Materials 10: sid. 139–159. doi:.
- ↑ Janek, Jürgen; Zeier, Wolfgang G. (2016). ”A solid future for battery development”. Nature Energy 1 (9). doi:.
- ↑ Manthiram, Arumugam (2017). ”An Outlook on Lithium Ion Battery Technology”. ACS Central Science 3 (10): sid. 1063–1069. doi:.
- ↑ Banerjee, Abhik; Wang, Xinyu (2020). ”Interfaces and Interphases in All-Solid-State Batteries”. Chemical Reviews 120 (14): sid. 6878–6933. doi:.
- ↑ Bruce, Peter G.; Freunberger, Stefan A. (2012). ”Li–O2 and Li–S batteries with high energy storage”. Nature Materials 11: sid. 19–29. doi:.
- ↑ Zheng, Fudong; Kotobuki, Masashi (2018). ”Review on solid electrolytes for all-solid-state lithium-ion batteries”. Journal of Power Sources 389: sid. 198–213. doi:.
- ↑ Randau, Sebastian; Richter, Felix H. (2020). ”Benchmarking the performance of all-solid-state lithium batteries”. Nature Energy 5: sid. 259–270. doi:.
- ↑ ”UN Manual of Tests and Criteria”. United Nations Economic Commission for Europe. https://unece.org/transport/dangerous-goods/rev8-files. Läst 22 februari 2026.