Et nyt koncept kunne gøre mere miljøvenlige batterier mulige

Et nyt koncept for et aluminiumsbatteri har dobbelt så stor energitæthed som tidligere versioner, er lavet af rigelige materialer og kan føre til reducerede produktionsomkostninger og miljøbelastning. Idéen har potentiale til anvendelser i stor skala, herunder lagring af sol- og vindenergi. Forskere fra Chalmers Tekniske Universitet, Sverige, og National Institute of Chemistry, Slovenien, står bag ideen.

Brug af aluminiumsbatteriteknologi kan give flere fordele, herunder en høj teoretisk energitæthed, og det faktum, at der allerede eksisterer en etableret industri til fremstilling og genbrug. Sammenlignet med nutidens's lithium-ion-batterier,' nyt koncept kan resultere i markant lavere produktionsomkostninger.

& quot; Materialeomkostningerne og miljøpåvirkningerne, som vi forestiller os fra vores nye koncept, er meget lavere end det, vi ser i dag, hvilket gør dem mulige til brug i stor skala, såsom solcelleparker eller lagring af vindenergi, for eksempel," siger Patrik Johansson, professor ved Institut for Fysik på Chalmers.

& quot;Derudover har vores nye batterikoncept dobbelt så stor energitæthed sammenlignet med aluminiumsbatterier, der er'state of the art' i dag."

Tidligere designs til aluminiumsbatterier har brugt aluminium som anode (den negative elektrode) - og grafit som katode (den positive elektrode). Men grafit giver et for lavt energiindhold til at skabe battericeller med tilstrækkelig ydeevne til at være nyttige.

Men i det nye koncept, præsenteret af Patrik Johansson og Chalmers, sammen med en forskergruppe i Ljubljana ledet af Robert Dominko, er grafitten blevet erstattet af en organisk, nanostruktureret katode, lavet af det kulstofbaserede molekyle anthraquinon.

Anthraquinon-katoden er blevet omfattende udviklet af Jan Bitenc, tidligere gæsteforsker ved Chalmers fra gruppen ved National Institute of Chemistry i Slovenien.

Fordelen ved dette organiske molekyle i katodematerialet er, at det muliggør lagring af positive ladningsbærere fra elektrolytten, opløsningen hvori ioner bevæger sig mellem elektroderne, hvilket muliggør højere energitæthed i batteriet.

& quot;Fordi det nye katodemateriale gør det muligt at bruge en mere passende ladebærer, kan batterierne udnytte aluminium's potentiale bedre. Nu fortsætter vi arbejdet ved at lede efter en endnu bedre elektrolyt. Den nuværende version indeholder klor -- det vil vi gerne slippe af med," siger Chalmers-forsker Niklas Lindahl, der studerer de interne mekanismer, der styrer energilagring.

Indtil videre er der ingen kommercielt tilgængelige aluminiumsbatterier, og selv i forskningsverdenen er de relativt nye. Spørgsmålet er, om aluminiumsbatterier i sidste ende kan erstatte lithium-ion-batterier.

& quot;Selvfølgelig håber vi, at de kan. Men frem for alt kan de være komplementære og sikre, at lithium-ion-batterier kun bruges, hvor det er strengt nødvendigt. Indtil videre er aluminiumsbatterier kun halvt så energitætte som lithium-ion-batterier, men vores langsigtede mål er at opnå samme energitæthed. Der er stadig arbejde at gøre med elektrolytten og med at udvikle bedre lademekanismer, men aluminium er i princippet en væsentligt bedre ladningsbærer end lithium, da det er multivalent -- hvilket betyder at hver ion'kompenserer' for flere elektroner. Desuden har batterierne potentiale til at være væsentligt mindre miljøbelastende," siger Patrik Johansson.