Behovet for batterier for energilagring vokser kraftig i takt med økt elektrifisering. I mange land pågår forskning for å finne de mest passende batteriene for lagring. Et av de mest interessante forskningsområdene, er organiske batterier basert på billige, miljøvennlige råvarer.
I Uppsala i Sverige jobber en forskergruppe med et helorganisk protonbatteri.
– Ettersom solceller og vindkraftverk ikke kan levere elektrisitet når solen ikke skinner eller det ikke blåser, trenger vi batterilagring for å kunne levere strøm døgnet rundt, sier forsker Christian Strietzel ved Ångströmslaboratoriet på Uppsala universitet.
Forskergruppens protonbatteri er bygget opp av naturlige, bærekraftige råvarer. Det aktive materialet består av kinoner (hydrokarbon-forbindelser), mens elektrolytten er en sur vannløsning (vann og svovelsyre).
Snart blir det billigere å bytte batteri i elbiler enn motor i bensinbiler
Flere bruksområder
Batteriet har flere fordelaktige egenskaper. Ladingen går sekundraskt uten ladeelektronikk, og batteriet er ikke følsomt for lave temperaturer, noe de fleste andre batterityper er. Det er heller ingen fare for eksplosjon eller brann, slik det kan være med litiumi-ion batterier. På nåværende stadium kan protonbatteriet fullades og utlades drøyt 500 ganger uten å miste noe særlig kapasitet.
Batteriet har imidlertid ikke samme energi per vektenhet som litium-ion batterier. Dette batteriet blir tyngre jo mer effekt det skal ha, og passer dermed ikke som batteri i elektriske kjøretøy. Derimot kan det erstatte vanlige blybatterier i fossilbiler, og fungere bra som lagringsbatterier i boliger.
– Hva er det vanskeligste med utviklingen av batteriet deres?
– Å gjøre det billig! I teorien er det billig, fordi kostnaden for råvarene er lav, men når vi skal oppskalere batteriets størrelse fra lab-nivå, kan vi møte på problemer som gjør det dyrere enn vi hadde tenkt, sier Strietzel.
En faktor som kan redusere kostnadene, er trykking av battericellene. Ved å bruke papirmaskiner og trykkpresser som jobber i høy hastighet, kan produksjonsprosessen bli mer rasjonell, og battericellene buntes sammen parallelt eller serielt. Battericellene er små, fleksible og flate. De leverer strøm på mikrobølgenivå, og blir derfor også velegnet for små enheter som sensorer eller RFID-tagger for elektronisk identifisering.
Fordeler og utfordringer
Greger Ledung, som er ekspert på batteriforskning i svenske Energimyndigheten, jobber med forskningsfinansiering. Han tror batterier vil få en nøkkelrolle i vårt fremtidige samfunn, fordi vi ikke bare kan bygge flere og flere høyspentledninger og ha kabler overalt. Isteden må elektrisiteten i mye høyere grad konsumeres der den lages.
– Vårt nåværende system for elforsyning er bygget opp rundt store, sentrale enheter og kraftverk som leverer strøm via kabler i hele landet. Blir det for eksempel brudd i en høyspentledning som går fra nord til syd, er det katastrofe. Et system med mange mindre enheter kombinert med energilagring, er bærekraftig på en annen måte. Det er robust. Derfor mener jeg at markedet for stasjonær lagring av energi i batterier vil eksplodere. En fordel med batteriteknologi er også at det er lineært skalerbart, så man kan bygge så store lager man vil, sier Ledung.
– Hva mener du om forskningsgruppens arbeid med det organiske protonbatteriet?
– Foreløpig er dette en av mange lovende teknologier som ikke er testet kommersielt. Blant fordelene med protonbatteriet er de lett tilgjengelige og billige materialene, den høye sikkerheten og potensialet for lave kostnader. Men det er også en risiko for at energiinnholdet blir så lavt ved oppskalering at systemet vil koste mer enn batteriet gir. Det er i tillegg noen problemer med spontan selvutlading som må løses.
Europeisk batterisatsing: – Oppskaleringen går sakte
Tar tid
Ledung sier at det generelt er behov for ulike typer batterikjemi til forskjellige formål, og at organiske batterier er ett av mange spor. Foreløpig er det veldig lite forskning på organiske batterier sammenlignet med den omfattende forskningen på litium-ion batterier, men all forskning på alternative teknologier veier tungt, mener han.
– Hvor lang tid tar det å utvikle en ny batteriteknologi og få den ut på markedet?
– Jeg skulle bli overrasket om det tar mindre enn ti år. Ofte blir tidsaspektet undervurdert. Man må nok regne med at det tar 15 år å utvikle og få et nytt batteri ut i markedet.
– Hvordan er situasjonen i Europa når det gjelder utvikling av batteriteknologi?
– Europa ligger langt bak Asia. Litium-ion batteriet ble utviklet i Japan, og både der, i Kina og Korea har de stor kapasitet innen forskning, utvikling og produksjon av batterier.
Ledung påpeker at Europas ambisiøse klimamål og den omfattende elektrifiseringen som er nødvendig for å nå disse, ikke er realistisk uten batterier.
EU har mye forskning og flere initiativer på området – og Sverige er blant de toneangivende landene – men fortsatt finnes nesten ikke batteriproduksjon i vår del av verden. Det betyr igjen at vi mangler både kompetanse og kunnskapsrike fagfolk på området.
Fanger batterier i søpla: – En gåte at det ikke er kommet gode løsninger
