18 november 2021

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.
Professor Xavier Crispin och forskningsingenjörerna Ujwala Ail och Ziyauddin Khan, vid pressen för knappcellsbatterier, Laboratoriet för organisk elektronik. 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.Icke inkapslade tryckta batterier med två celler, designad i samarbete med företaget Ligna Energy. Foto 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.I Laboratoriet för organisk elektronik tillverkas knappcellsbatterier i den nya säkra och hållbara tekniken, som bevis för att tekniken fungerar. Foto 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. 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

Fler nyheter organiska energimaterial

Knappbatteri på finger.

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.

Mikhail Vagin och Penghui Ding arbetar i laboratoriet.

De har tagit fram det första organiska batteriet

Forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik har för första gången demonstrerat ett organiskt batteri. Det är ett så kallad redox-flödesbatteri, ett stort batteri som kan lagra vind- och solenergi och exempelvis användas som powerbank för bilar.

Ånggeneratorn där solens värme förångar vattnet medan salt och andra produkter stannar kvar.

Rent vatten med soldriven ånggenerator

Billiga material som cellulosa och den ledande polymeren PEDOT:PSS blir till en högeffektiv ånggenerator för rening och avsaltning av vatten. Ånggeneratorn har utvecklats vid Laboratoriet for organisk elektronik, LiU.

LoE

Senaste nytt från LiU

CO2 skrivet på blå himmel med bokstäver av moln.

Riskfylld väg mot klimatmål för Stockholm

Stockholms mål är att år 2030 fånga in mer koldioxid än vad som släpps ut. Därför satsar staden på ny teknik vid kraftvärmeverket Värtaverket. Men det är en strategi som antagits utan tillräcklig diskussion om riskerna, konstaterar forskare vid LiU.

Professor Marie Cronqvist.

Historieprofessor på spaning efter framtidens Hesa Fredrik

Med ett intresse för det tvärvetenskapliga fält som kallas för "historical sound studies" tar Marie Cronqvist klivet från Lund till Linköping. Hon är professor i historia och ska fördjupa sig i hur larmsignalen VMA påverkar människan.

Världens första ISO-standarder för cirkulär ekonomi klara

Flera forskare från LiU har deltagit i arbetet med att ta fram världens första ISO-standarder för en cirkulär ekonomi. Målet är ett mer hållbart samhälle.