Svartlut och solceller ger uthållig el

Med ett genombrott för billig el från solceller, och en massiv satsning på vindkraft, kommer behovet att lagra energin på ett smart sätt. Batterier av biologiska restprodukter från pappersmassafabriker kan bli lösningen, visar forskning vid Linköpings universitet som publiceras i den topprankade tidskriften Science.

Organiska solceller baserade på ledande plast är ett lågprisalternativ som nu uppnått tillräckligt höga prestanda för att kunna skalas upp och bli konkurrenskraftiga. Men solelen måste kunna lagras från dag till natt, liksom el från vindkraftverk från blåsiga till vindstilla dagar.

I vanliga batterier är det metalloxider som bär laddningen. Materialen, till exempel kobolt, är dyra och ändliga resurser. Därför letar man efter lösningar med billiga och helst förnybara material.

– Naturen har löst problemen för mycket länge sedan, säger Olle Inganäs, professor i biomolekylär och organisk elektronik vid LiU och huvudförfattare till artikeln i veckans utgåva av Science.

Inspirationen hämtade han från växternas fotosyntes, där elektroner laddade av solenergi transporteras av kinoner – elektrokemiskt aktiva molekyler baserade på bensenringar med sex kolatomer. Som råvara valde han svartlut som är en biprodukt från tillverkning av pappersmassa. Svartluten består till stor del av lignin, en biologisk polymer som finns i växternas cellväggar.

För att kunna utnyttja kinoner som laddningsbärare i batterier skapade Inganäs och hans polske kollega Grzegorz Milczarek en tunn film ur en blandning av pyrrol och ligninderivat från svartluten. Filmen, 0,5 mikrometer i tjocklek, används som katod i batteriet.

Visionen är att erbjuda möjligheter att lagra förnybar el där den produceras, utan att bygga upp stora nät. För vindkraften planeras stora satsningar i flera länder. Samtidigt har prestanda hos billiga organiska solceller nu nått en kritisk nivå. En forskargrupp vid University of California har nyligen rapporterat en verkningsgrad på drygt tio procent av energin i det infångade solljuset.

Enligt Olle Inganäs som själv under många år forskat om organiska solceller är den verkningsgraden tillräcklig för att starta en industriell uppskalning av tekniken.

– Nu behövs i stället mer forskning kring nya system för energilagring baserade på billiga och förnybara råvaror. Lignin utgör 20–30 procent av biomassan i ett träd, så det är en källa som aldrig tar slut.

Artikel:
Renewable cathode materials from biopolymer/conjugated polymer interpenetrating networks av Grsegorz Milczarek och Olle Inganäs. Science 23 mars 2012.

Kontakt:
Professor Olle Inganäs, +1- 805-459-6067 (under forskningsvistelse i Kalifornien, tänk på tidsskillnaden –8 timmar)
olle.inganas@liu.se