Prisbelönt teknik för storskalig energilagring

En säker, billig och hållbar teknik för energilagning har tagits fram vid Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet. Tekniken, som är vetenskapligt publicerad, är också patenterad och prisades vid den nyligen avslutade klimatkonferensen COP26 i Glasgow.

Avknoppningsföretaget Ligna Energy AB i Norrköping fick ta emot pris för den miljövänliga tekniken för storskalig energilagring som bästa ”Startup for Climate”, under COP26-mötet. Två genombrott inom forskningen har lagt grunden: elektrolyter i trämaterial tillverkade på rulle samt en ny vattenbaserad elektrolyt. Resultatet är 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.

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 organiska 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.

Två genombrott ligger 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.

– 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

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

Bildtexter, relaterade media: Foto Thor Balkhed

Professor Xavier Crispin och forskningsingenjörerna Ujwala Ail och Ziyauddin Khan, vid pressen för knappcellsbatterier, Laboratoriet för organisk elektronik.

Här visas elektrolyten i form av en gel medan det svarta underlaget är ligninelektroderna som belagts på en tunn metallfilm.

Tryckta batterier med två celler, designad i samarbete med företaget Ligna Energy.