De gör oladdbara batterier laddbara

2019-02-25 06:00  

Den vanligaste batteritypen i våra hushåll är alkaliska batterier som bara går att använda en gång. Men nya forskningsfynd visar att de kan bli uppladdningsbara. Ett avknoppat Stockholmsföretag siktar på att sälja den nya batteritypen i form av stora energilager.

Alkaliska batterier består av zinkpulver som negativ elektrod och ihoppressad mangandioxid som positiv elektrod. Namnet har de fått av elektrolyten, en alkalisk lösning av kaliumhydroxid.

Flera forskargrupper har försökt få batteritypen, som också kallas för zinkmangandioxid, att bli uppladdningsbar. 2016 presenterade en amerikansk grupp i tidskriften Nature att det gick att ladda upp och ur batteritypen 5 000 gånger med hjälp av en surare elektrolyt spetsad med mangansulfat.

Natureartikeln väckte intresset hos Mylad Chamoun, som då var doktorand på Stockholms universitet och höll på med ett projekt om järnluftbatterier. Han började utforska resultaten i egna laboratorieförsök. Tillsammans med kolleger i Uppsala och Stockholm kunde han 2018 förklara de kemiska mekanismerna bakom Naturefynden.

– Vi kunde klargöra att det framför allt var tillsatsen av manganjoner i elektrolyten som förbättrade cyklingsförmågan, berättar Mylad Chamoun.

25 miljoner krävs för forskning och pilotlina

Tack vare den sura elektrolyten och de tillsatta manganjonerna minskar problemet med nedbrytning av mangandioxidelektroden. Resultaten finns beskrivna i Mylad Chamouns avhandling, som nyligen lades fram.

– Problemet med att ladda alkaliska batterier är att man får olöslig manganoxid som trillar ner mer och mer. Vid varje cykel blir det mer och mer inaktivt material. Med surare elektrolyt får man mindre dött material, berättar Dag Noréus, professor i strukturkemi vid Stockholms universitet och Mylad Chamouns handledare.

Ett problem med batteritypen är att mangandioxiden inte är någon bra ledare. I samarbete med företaget Höganäs, som tillverkar metallpulver, kom Stockholmsforskarna på att det går att öka ledningsförmågan genom att förändra ytstrukturen på mangandioxiden. Exakt hur är hemligt eftersom Mylad Chamoun och två medarbetare på Höganäs ska söka patent på lösningen.

Tillsammans med sin gode vän Samer Nameer har Mylad Chamoun bildat företaget Enerpoly med ambitionen att få ut det uppladdningsbara zinkmangandioxidbatteriet på marknaden. De söker pengar för att kunna fortsätta forskningen i syfte att öka energitätheten i batteriet och för att dra igång en pilotlina för tillverkning. I runda slängar behövs omkring 25 miljoner kronor.

”Det finns inga risker att batteriet kan explodera”

Prototyper på det nya uppladdningsbara zinkmangandioxidbatteriet har testats i 2 000 cykler på labbet i Stockholms universitet. Efter så många upp- och urladdningar tappar batteriet ungefär 50 procent av sin kapacitet.

– Men det är viktigt att påpeka att kemin är så billig. Vår teknik vinner i längden om man jämför med andra tekniker om man tittar på pris per lagrad energi. De bästa litiumjonbatterierna ligger på 200-250 euro per kilowattimme och blysyrabatterier ligger på 100-150 euro per kilowattimme. Vår kostnadsanalys tyder på att vi troligtvis kommer att landa på 20-40 euro per kilowattimme, säger Mylad Chamoun.

De ingående materialen, zink och mangan, är vanligt förekommande och lättillgängliga. Mylad Chamoun framhåller att batteritypens fördelar är att den är säker och miljövänlig.

– Det finns redan existerande produktions- och återvinningsstrukturer för råvarumaterialen, zink och mangan, i och med att de används i alkaliska batterier. Dessutom är hela kemin ofarlig. Det finns inga risker att batteriet kan explodera eller korrodera, säger han.

”Vi vinner på energitäthet och kostnad”

Nackdelarna är att energitätheten är relativt låg. I Enerpolys senaste prototyper ligger den på 50 wattimmar per kilo. Genom fortsatt forskning hoppas företaget få upp den till 80 wattimmar per kilo.

En låg energitäthet gör att batteriet antingen måste laddas ofta eller så måste man använda ett stort och tungt batteripaket. Enerpoly siktar på att batteritypen ska användas främst för stationär och storskalig energilagring, till exempel från vind- och solkraft. Framför allt hoppas Mylad Chamoun på att företagets batterier ska kunna ersätta stationära blysyrabatterier som är vanliga för industriella ändamål, till exempel som reservkraft vid mobilbasstationer.

Flödesbatterier är en annan kandidat till storskaliga stationär lagring av energi från förnybara källor, som ofta ligger oländigt och avlägset till. Mylad Chamoun anser att Enerpolys zinkmangandioxidbatteri kan ta upp kampen där också.

– Vi vinner på energitäthet och kostnad jämfört med flödesbatterier. Men vi vinner inte på livslängden, det är prio ett för flödesbatterier, säger han.

En typ av zinkjonbatteri

Zinkmangandioxidbatterier är en av flera kemier som ryms inom den övergripande benämningen zinkjonbatterier.

Precis som litiumjonerna är energibärare i litiumjonbatterier är det zinkjonerna som är energibärare i zinkjonbatterier.

Linda Nohrstedt

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt