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

Peter Ringstad, vd Ligna Energy, med ett tryckt batteri i handen.

Klimatsmart batteriteknik prisad på innovationstävling

Ligna Energy AB, som är ett avknoppningsbolag från Linköpings universitet, har utsetts till en av två vinnare i innovationstävlingen Startup 4 Climate. Priset delades ut vid klimattoppmötet COP26 i Glasgow som nyligen har avslutats.

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

Montage av två personer.

De blir nya Wallenberg Academy Fellows vid LiU

Forskarna Olaf Hartig och Alexander Gillett har utsetts till Wallenberg Academy Fellows vid LiU. Genom det femåriga forskningsanslaget ges unga forskare möjlighet att göra viktiga vetenskapliga genombrott.

Vallastaden

Linköping Europas mest innovativa stad – LiU spelar viktig roll

Linköping har som första svenska stad utsetts till Europas mest innovativa stad av EU-kommissionen. Linköpings universitet har på många sätt varit en viktig del i framgången.

9,5 miljoner till forskning om tjänsteinnovationer

Ett generöst bidrag på 9,5 miljoner kronor från Marianne och Marcus Wallenbergs stiftelse landar på LiU. Bidraget ska användas för att titta närmare på hur företag kan använda digital teknik och data för att skapa nya och användbara tjänster.