Här lagras värme som el

Forskarna vid Laboratoriet för organisk elektronik vid LiU, med professor Xavier Crispin i spetsen, har skapat en superkondensator som kan laddas såväl av spillvärme som av solens strålar. Den innehåller inga dyra eller farliga material, är patentsökt och borde vara fullt möjlig att tillverka i industriell skala.

I framtiden kan vi ha en helt ny typ av energilager, vi laddar dem med värmeenergi, till exempel på dagen när solen strålar eller av spillvärme från en industriell process. Värmen omvandlas till el som kan lagras tills den behövs. Resultaten har nyligen publicerats i ansedda Energy Environmental Science.

Förenklat kan man säga att en superkondensator är ett energilager, en typ av batteri, som består av en elektrolyt av laddade partiklar, joner, mellan två elektroder. Laddningen lagras intill elektroderna, oftast i kolnanorör. Ett av de fysikaliska fenomen som forskarna här utnyttjar är att om en superkapacitans utsätts för en temperaturgradient, det vill säga att ena änden är varm och den andra kall, så rusar jonerna mot den kalla sidan och en elektrisk ström uppstår.

Den termoelektriska effekten används för att göra el av värme och hur mycket värme som omvandlas till el beror på både på vilken elektrolyt man använder och hur stor temperaturskillnaden är.

Forskarna vid Laboratoriet för organisk elektronik har i många år experimenterat med flytande elektrolyter som består av joner och ledande polymerer. De positivt laddade jonerna är små och snabba, medan de negativt laddade polymermolekylerna är stora och tunga. När ena sidan värms och den andra kyls ner rusar de små snabba jonerna mot den kalla sidan, medan de tunga polymerkedjorna blir kvar där de är. Eftersom det är joner och inte elektroner fastnar de vid metallelektroderna. Den laddning som då uppstår lagras i kolnanorör intill metallelektroderna och kan laddas ur närhelst elen behövs.

Dan Zhao, post doc, Hui Wang, även hon post doc och doktorand Zia Ullah Khan, hittade efter år av fruktlösa försök rätt bland polymererna. De fick fram en elektrolyt med 100 gånger högre förmåga att omvandla värme till el än de elektrolyter som normalt används.

– Ännu vet vi inte exakt varför vi får den här effekten. Men faktum är att vi kan konvertera och lagra 2500 gånger mer energi än de bästa av dagens superkondensatorer kopplade till termoelektriska generatorer, säger Xavier Crispin.

Elektrolyten innehåller bara ofarliga, enkla och billiga material som är stabila och kan hanteras i rumstemperatur. Den jondrivna termoelektriska superkondensatorn öppnar därför helt nya möjligheter att lagra solel, för att ta ett exempel. Forskningen har resulterat i två patent och förhoppningen är att resultaten ska leda till en helt ny typ av energilagring som kan massproduceras i industriell skala.

Forskningen har sedan 2014 finansierats av Knut och Alice Wallenberg stiftelse inom ramen för forskningsprojektet ”Tail of the sun” – solens svans.

Artikeln: Ionic Thermoelectric Supercapacitor, Dan Zhao, Hui Wang, Zia Ullah Khan, Roger Gabrielsson, Magnus Jonsson, Magnus Berggren och Xavier Chrispin, Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet, samt C Chen, Xiamen University, Kina. Energy Environmental Science, The Royal Society of Chemistry 2016, DOI 10.1039/C6EE00121A

Kontakt: Professor Xavier Crispin, xavier.crispin@liu.se, +46 11 36 34 85