En säker, billig och hållbar teknik för energilagring har tagits fram vid Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet. Tekniken bakom det organiska batteriet prisades vid den nyligen avslutade klimatkonferensen COP26 i Glasgow.
Behovet av el ökar i samhället. Dessutom ökar andel förnybara energikällor som sol-, vind- och vattenkraft. Tillsammans leder detta till stora utmaningar när de gäller att balansera effekter i elnäten.
El förbrukas i princip i samma stund som den produceras. Samtidigt finns det i dag små möjligheter att lagra stora mängder el. Detta är ett problem framför allt under den kalla tiden på året då elbehovet är som störst. Obalans i nätet leder till svåra strömavbrott.
Batteriteknik ger storskalig energilagring
Professor Xavier Crispin och hans kollegor vid Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet, har nu tagit fram ett koncept för storskalig energilagring som är säker, billig och hållbar. Det möjliga effektuttaget är så högt att tekniken fungerar för att hålla uppe effektbalansen i elnätet.
– Våra resultat öppnar för säkra, miljömässigt hållbara organiska energilager med högt effektinnehåll, 5 kW/kg. Elektroderna där är tillverkade av trämaterial i tryckpress. Energitätheten behöver vi dock förbättra. Just nu är våra organiska batterier bättre än vanliga superkondensatorer – ungefär som blybatterier, men sämre än litiumjonbatterier, säger Xavier Crispin.
Olika sorters batterier
Batteri är en produkt som kan lagra energi och sedan avge den i form av elektricitet när ström behövs.
Litiumjonbatteri är ett uppladdningsbart batteri där litiumjoner rör sig från den negativa elektroden (anoden) till den positiva elektroden (katoden) genom en vätska, en så kallad elektrolyt. Jonerna strömmar från anod till katod vid urladdning, det vill säga när batteriet används. Jonerna strömmar tillbaka till den negativa elektroden vid laddning ur eluttaget.
Litiumjonbatterier finns i de flesta mobiltelefoner, liksom i mycket annan elektronisk utrustning, till exempel videokameror, datorer och elbilar. En vanlig spänning är 3,3 – 3,7 V
Blybatteri är den vanligaste typen av batteri i bilar. De är tunga men lagrar mycket energi. Har en spänning på 12 V.
Superkondensator är en elektronisk komponent med mycket hög kapacitans, det vill säga förmåga att lagra mycket höga elektriska laddningar. Ofta används kemiska batterier för mobil energilagring men kondensatorer kan laddas och urladdas energi betydligt snabbare än batterier. De kan också laddas i betydligt fler laddningscykler än batterier.
Källa: Batteriföreningen
Tidigare försök har gjort att ta fram ett hållbart system för energilagring, baserat på billiga organiska och vattenbaserade elektrolyter, och kolbaserade elektroder. Men de har alla brottats med att systemen laddar ut sig själva på mindre än ett dygn.
Organiskt batteri av trä och gel
Två genombrott har lagt grunden för Linköpingsforskarnas goda resultat: elektroder i trämaterial, lignin, samt en ny vattenbaserad elektrolyt. Lignin är en billig och lätt tillgänglig biprodukt från framställning av pappersmassa.
Resultatet är publicerat i den vetenskapliga tidskriften Advanced Energy and Sustainability Research.
Forskarna har tagit fram en polyelektrolyt som består av en hög koncentrerad polymer, kaliumpolyakrylat i vatten. Till den använder de biopolymerlignin som positiv elektrod och polyimid blandat med elektriskt ledande kol som negativ elektrod.
Prisat batteri behåller laddningen länge
– Spänningsfallet, det vill säga självurladdningen, är mindre än 0,5 V på 100 timmar. Det är världsrekord för energilagring med organiska elektroder i vattenbaserad elektrolyt, säger Xavier Crispin.
Det är billiga material det handlar om. Varken lignin, kol eller polyelektrolyten kostar mer än 1 dollar per kilo. Materialen är lättillgängliga och icke-brandfarliga. Dessutom kan tekniken skalas upp till stora batterier. Tillsammans är detta en hållbar lösning för storskalig och säker energilagring, tror forskarna.
Tekniken är patenterad och prisades vid den nyligen avslutade klimatkonferensen COP26 i Glasgow. Avknoppningsföretaget Ligna Energy AB i Norrköping fick ta emot pris för den miljövänliga tekniken för storskalig energilagring som bästa ”Startup for Climate”, under COP26-mötet.
Vetenskaplig artikel:
Water-In-Polymer Salt Electrolyte for Slow Self-discharge in Organic Batteries, (Ziyauddin Khan, Ujwala Ail, Fatima Nadia Ajjan, Jaywant Phopase, Zia Ullah Khan, Nara Kim, Jakob Nilsson, Olle Inganäs, Magnus Berggren, Xavier Crispin), Advanced Energy and Sustainability Research 2021
Kontakt:
Xavier Crispin, professor, Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet, xavier.crispin@liu.se
