En ny typ av aluminiumbatterier öppnar för storskalig lagring av solkraft och vindkraft. Batterierna är dubbelt så energitäta som sina föregångare, görs av råvaror som det finns gott om och kan troligtvis minska både produktionskostnader och miljöpåverkan. Bakom den nya sortens batterier står forskare på Chalmers tillsammans med kollegor vid National Institute of Chemistry i Slovenien.
– Vår batteriteknologi ger dubbelt så hög energitäthet jämfört med de aluminiumbatterier som är ”state of the art”? idag. Dessutom är materialkostnaden betydligt lägre, liksom miljöbelastningen som vi ser den idag. Detta öppnar för storskaliga användningsområden som solcellsparker och lagring av vindkraft, säger Patrik Johansson som är professor vid institutionen för fysik på Chalmers, i ett pressmeddelande.
Aluminium är en metall som teoretiskt kan ge batterier högre energitäthet, samtidigt som det redan finns en etablerad industri för både tillverkning och återvinning. Tekniken skulle dessutom ge markant lägre råvarukostnader, jämfört med dagens litiumjonbatterier. I tidigare aluminiumbatterier har aluminium använts som anodmaterial och grafit som katodmaterial, men grafit ger ett för lågt energiinnehåll för att skapa battericeller som är praktiskt användbara.
?I det nya konceptet består de två batteripolerna – anod och katod – av aluminium respektive ett organiskt material som är uppbyggt av den kolbaserade molekylen antrakinon. Det organiska katodmaterialet tar effektivt emot positiva laddningbärare från en aluminium- och klorbaserad elektrolyt – den lösning i vilken joner kan flyttas mellan polerna. ????????? ?Illustration: Yen Strandqvist
I den en nya typen av aluminiumbatterier som tagits fram av Patrik Johansson och Chalmers tillsammans med Robert Dominkos forskargrupp i Ljubljana har grafiten ersatts med ett nanostrukturerat organiskt katodmaterial. Det är uppbyggt av den kolbaserade molekylen antrakinon som framställts och vidareutvecklats av Jan Bitenc, som gästforskat på Chalmers.
– Tack vare att det nya katodmaterialet gör det möjligt att använda lämpligare laddningsbärare, kan batteriet dra bättre nytta av aluminiumets potential. Nu fortsätter arbetet med att hitta en ännu bättre elektrolyt, eftersom den nuvarande innehåller klor. Det vill vi komma bort ifrån, säger chalmersforskaren Niklas Lindahl, som studerat de interna mekanismer som styr energilagringen.
Än så länge finns inga aluminiumbatterier på marknaden och de är relativt nya även inom forskningsvärlden. Forskarna tror själva att aluminiumbatterierna i framtiden kan komma att ersätta litiumjonbatterierna.
– Självklart hoppas vi det, men framförallt kan de bli ett komplement och se till att litiumjonbatterierna kan användas bara där de behövs. Än så länge är aluminiumbatterierna knappt hälften så energitäta som litiumjonbatterierna, men vårt långsiktiga mål är att de ska bli lika energitäta. Även om det återstår arbete med både elektrolyten och en bättre mekanism för uppladdning är aluminium i grunden en betydligt bättre laddningsbärare än litium då den är multivalent – vilket gör att varje jon ”kompenserar” för flera elektroner. Batterierna har dessutom potential att bli betydligt mindre miljöovänliga, säger Patrik Johansson.
Litium är en bristvara där en kraftig prisökning förväntas och det behövs därför alternativ till litiumjonbatterier. Den nya typen av aluminiumbatterier skulle kunna bli ett alternativ. Både kol och aluminium är vanliga ämnen för vilka det redan idag finns en väletablerad industriell produktion. Något som innebär att den här typen av batterier blir billigare än litiumjonbatterier och kan tillverkas i stora mängder utan större problem. Men det är sannolikt långt till dess.
