Helt ny typ av batteri ser dagens ljus
Kanske har vi i framtiden ett helt organiskt batteri där hemma som powerbank till elbilen. Forskare vid Linköpings universitet har nämligen för första gången demonstrerat ett organiskt batteri – ett så kallat Redox-flödesbatteri.
Redox-flödesbatterier är stationära batterier där energin finns i elektrolyten utanför själva cellen, likt en bränslecell. Dessa ger stora möjligheter att lagra överskottsenergi från exempelvis sol och vind och de verkar kunna laddas hur många gånger som helst. Redox-flödesbatterier innehåller dock ofta den sällsynta och dyra metallen vanadin. Elektrolyten där energin lagras kan vara vattenbaserad, vilket gör batterierna säkra, men det sänker också energidensiteten.
Det Mikhail Vagin, förste forskningsingenjör, och hans kollegor vid Laboratoriet för organisk elektronik, Campus Norrköping, nu har lyckats med är att ta fram såväl en vattenbaserad elektrolyt som elektroder i organiska material som väsentligt ökar energidensiteten. Därmed har det nu blivit möjligt att tillverka helt organiska redox-flödesbatterier för lagring av exempelvis sol- och vindenergi.
De organiska redox-flödesbatterierna kommer dock fortfarande ha lägre energiinnehåll än vanadin-batterierna, men fördelarna är att de är billigare, helt återvinningsbara, säkra och bra för att jämna ut belastningen i elnäten.
Som elektroder har forskarna använt den ledande polymeren PEDOT som de dopar för att antingen transportera positiva eller negativa joner, katjoner respektive anjoner. Den vattenbaserade elektrolyten de tagit fram består av en lösning med kinon-molekyler, ett ämne som finns i material från skogen.
– Kinoner kan komma från trämaterial men här har vi använt samma molekyl, tillsammans med olika varianter av den ledande polymeren PEDOT. Det visar sig att de stortrivs med varandra, som en gåva från naturen, säger Viktor Gueskine, förste forskningsingengör vid Laboratoriet för organisk elektronik.
Att de trivs med varandra innebär att PEDOT-elektroderna bidrar till att kinon-molekylerna växlar mellan sitt oxiderade och sitt reducerade tillstånd och därmed skapar ett flöde av protoner eller elektroner – därav redox.
– Jonprocessen är normalt svår att kontrollera, men här kan vi göra det. Vi utnyttjar ett fundamentalt fenomen inom elektrokatalysen där en speciell jon i en lösning, i detta fallet kinonjoner, omvandlas till elektricitet. Fenomenet existerar möjligen även i andra typer av lagringsmedia, men vi visar det för första gången i ett redox-flödesbatteri, säger Mikhail Vagin.
Forskningen har finansierats av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, genom Wallenberg Wood Science center, Vinnova, genom Digital cellulosa center, och Stiftelsen för strategisk forskning, SSF. Den har även bedrivits inom den strategiska satsningen på Avancerade Funktionella Material, AFM, vid Linköpings universitet.