Ny katod öppnar för miljövänligare batterier

2019-10-09 06:00  

En ny typ av aluminiumbatterier har utvecklats av en forskargrupp från Chalmers och Slovenien. Med ett nanostrukturerat organiskt katodmaterial har energitätheten fördubblats.

Aluminiumbatterier finns ännu inte på marknaden. De är också relativt nya inom forskarvärlden.

Men det är en batterityp som är lovande eftersom aluminium teoretiskt sett kan ge en hög energitäthet. Andra fördelar är att de kan tillverkas av råvaror som det finns gott om och som också är relativt billiga. Dessutom finns det redan en etablerad industri för tillverkning och återvinning av aluminium.

I tidigare aluminiumbatterier har man använt aluminium som anodmaterial och grafit som katodmaterial. Men grafiten gör att energiinnehållet blir lågt.

”Katodmaterialet arbetar med färre kloratomer”

Det nya koncept som har tagits fram under ledning av professor Patrik Johansson på Chalmers innebär att grafiten i katoden har ersatts av ett nanostrukturerat material uppbyggt av den kolbaserade molekylen antrakinon.

– Detta ger vår batteriteknik en dubbelt så hög energitäthet jämfört med de aluminiumbatterier som är ”state of the art” i dag, säger Patrik Johansson.

Läs mer: Teslas batteriforskare: Cellen klarar sig i 160 000 mil

Studierna visade att det nya katodmaterialet effektivt kunde ta upp positiva laddningsbärare, till skillnad från de tidigare aluminiumbatteriernas negativa laddningsbärare av fyra kloratomer och en aluminiumatom.

– Vår katod har en laddningsmekanism som gör att katodmaterialet arbetar med laddningsbärare med färre kloratomer och som därmed väger mindre. På så sätt ökar energitätheten i batteriet, säger Chalmersforskaren Niklas Lindahl.

Lägre temperatur vid tillverkning av katoden

Chalmersforskarnas koncept har nått en teoretisk energitäthet av ungefär 100 wattimmar per kilogram. Än så länge är det en rejäl bit kvar till dagens främsta litiumjonbatterier, som har runt 305 wattimmar per kilogram.

– Och då ska man komma ihåg att den jämförelsen haltar lite eftersom det teoretiska värdet för litiumjonbatterier är ännu högre, säger Patrik Johansson.

Läs mer: Tesla köper batteriföretag – bäddar för egen celltillverkning

Forskarna arbetar nu vidare för att ytterligare få upp energitätheten i aluminiumbatteriet. Ett spår är att helt och hållet försöka bli av med kloret i elektrolyten så att de effektiva laddningsbärarna endast består av aluminiumjonen.

Det nya katodkonceptet är helt organiskt. Inga metaller ingår, vilket innebär att tillverkningen inte kräver så höga temperaturer. Därmed kommer katodproduktionen sannolikt att ha en lägre miljöpåverkan än litiumjonbatteriernas katoder.

Minst tio år till marknaden

Det är framför allt i storskaliga energilager, där överskottsel från sol- och vindkraft sparas, som Chalmersforskarna tror att aluminiumbatterierna kan göra nytta. I sådana applikationer gör det inte så mycket om batterierna blir relativt stora på grund av låg energitäthet. Däremot är det viktigt att produktionskostnaden hålls nere.

Men det kommer att dröja ett tag innan batterikonceptet tar steget ut från labb till marknad.

– Med tanke på att det här rör sig om grundforskning och en del problem kvarstår med elektrolyten så skulle jag säga att det rör sig om minst tio år, säger Niklas Lindahl.

Forskarnas resultat har publicerats i tidskriften Energy Storage Materials.

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