Prisbelönt teknik för storskalig energilagring

18 november 2021

Monica Westman Svenselius

En säker, billig och hållbar teknik för energilagning har tagits fram vid Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet. Två genombrott har lagt grunden: elektroder i trämaterial tillverkade på rulle samt en ny vattenbaserad elektrolyt.

Professor Xavier Crispin och forskningsingenjörerna Ujwala Ail och Ziyauddin Khan, vid pressen för knappcellsbatterier, Laboratoriet för organisk elektronik. Fotograf: Thor Balkhed

Tekniken är patenterad och ska nu tillverkas av avknoppningsföretaget Ligna Energy AB i Norrköping, som också fick ta emot pris för tekniken som bästa ”Startup for Climate”,

Icke inkapslade tryckta batterier med två celler, designad i samarbete med företaget Ligna Energy. Thor Balkhedunder det nyligen avslutade COP26-mötet i Glasgow. Resultatet är också publicerat i den vetenskapliga tidskriften Advanced Energy and Sustainability Research.

Allt större andel förnybara energikällor tillsammans med det starkt ökande behovet av el i samhället leder till stora utmaningar när de gäller att balansera effekter i näten. El förbrukas i princip i samma stund som den produceras och det finns i dag små möjligheter att lagra stora mängder el. Detta är ett problem främst den kalla tiden på året då elbehovet är som störst. Obalans i nätet leder till svåra strömavbrott.

Högt effektinnehåll

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, där elektroderna är tillverkade av trämaterial i tryckpress. Energitätheten behöver vi dock förbättra, just nu är våra

I Laboratoriet för organisk elektronik tillverkas knappcellsbatterier i den nya säkra och hållbara tekniken, som bevis för att tekniken fungerar. Thor Balkhedorganiska batterier bättre än vanliga superkondensatorer, ungefär som blybatterier, men sämre än Li-jon, säger Xavier Crispin.
Tidigare försök att ta fram ett hållbart system för energilagring, baserat på billiga organiska och vattenbaserade elektrolyter och kolbaserade elektroder har alla brottats med att systemen laddar ut sig själva på mindre än ett dygn.

Billiga och ofarliga material

Två genombrott ligger nu bakom de goda resultaten: en ny typ av vattenbaserad elektrolyt samt elektroder i lignin - en lätt tillgänglig och billig biprodukt från framställning av pappersmassa. Forskarna har tagit fram en polyelektrolyt som består av en hög koncentrerad polymer, kaliumpolyakrylat, i vatten samt biopolymerlignin och polyimid blandat med elektriskt ledande kol som positiv respektive negativ elektrod.

Världsrekord

– Spänningsfallet, det vill säga självurladdningen, är mindre än 0,5 V på 100 timmar, vilket 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 över 1 USD/kg. Det är lätt tillgängliga och icke brandfarliga material och tekniken kan dessutom skalas upp till stora batterier, tillsammans gör det att tekniken är en hållbar lösning för storskalig och säker energilagring.

Forskningen är till största delen finansierad av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse samt via den svenska regeringens strategiska satsning på Avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet.

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. DOI: 10.1002/aesr.202100165

Här visas elektrolyten i form av en gel medan det svarta underlaget är ligninelektroderna som belagts på en tunn metallfilm. Foto Thor Balkhed

Kontakt

Relaterat innehåll

Organiska energimaterial

Vi utnyttjar och undersöker fysiken och kemin hos nya organiska och kompositmaterial för att designa och tillverka nästa generations energienheter.

Laboratoriet för Organisk Elektronik

Vid Laboratoriet för organisk elektronik, LOE, forskar och utvecklar vi komponenter och system som utnyttjar elektroniska och optiska funktioner i organiska molekyler och plaster.

Fler nyheter organiska energimaterial

Miljövänligt och billigt batteri för låginkomstländer

Ett batteri gjort av zink och lignin som kan användas över 8000 gånger. Det har forskare vid LiU utvecklat med visionen att det billiga och hållbara batteriet ska kunna användas i länder där tillgången på elektricitet är begränsad.

Person som håller en liten träkonstruktion framför ansiktet.

Världens första trätransistor

Världens första transistor gjord av trä är utvecklad av forskare vid Linköpings universitet och KTH. Studien är publicerad i tidskriften PNAS och banar väg för vidare utveckling av träbaserad elektronik och styrning av elektroniska växter.

Mikhail Vagin och Penghui Ding arbetar i laboratoriet.

I labben finns det fossilfria

Övergången till fossilfrihet går inte över en natt, men den kan gå betydligt snabbare än nu. Tekniken finns och är i många fall även ute på marknaden eller på väg ut. I Linköpings universitets laboratorier finns hopp för framtiden.

Forskningsmiljö

Laboratoriet för Organisk Elektronik

Vid Laboratoriet för organisk elektronik, LOE, forskar och utvecklar vi komponenter och system som utnyttjar elektroniska och optiska funktioner i organiska molekyler och plaster.

Senaste nytt från LiU

Samling av bilder på uppskjutning av raket, och man i laboratorium.

Han fick se sitt studentprojekt skjutas ut i rymden

I våras blev han färdig civilingenjör, bland annat efter ett projektarbete som skulle tåla en rymdfärd. Sent i november 2024 stod han på den svenska rymdbasen Esrange i Kiruna och fick se raketen lyfta.

Maskinpsykologi – en brygga till generell AI

AI som är lika intelligent som människor kan bli möjlig tack vare psykologiska inlärningsmodeller, kombinerat med vissa typer av AI. Det menar Robert Johansson som i sin avhandling har utvecklat begreppet maskinpsykologi.

Forskning för hållbar framtid får nära 20 miljoner i bidrag

Ett oväntat samarbete mellan materialvetenskap och beteendevetenskap. Utveckling av bättre tjänster för att hantera klimatförändringarna. Det är två forskningsprojekt vid LiU som får stora stöd från Marianne och Marcus Wallenbergs stiftelse.