Ett batteri baserat på lignin, en restprodukt från papperstillverkning, det har forskare vid Karlstads och Linköpings universitet samt Chalmers utvecklat. Visionen är att det billiga och hållbara batteriet ska kunna användas i länder där tillgången på elektricitet är begränsad.
– Solceller har blivit relativt billigt och många människor i låginkomstländer har dem. Men vid ekvatorn går solen ner klockan sex och då tar elektriciteten slut. Så även om vår batteriteknik har något lägre prestanda än dyra litiumjonbatterier hoppas vi att den på sikt ska kunna erbjuda en lösning för de hushållen och företagen, säger Reverant Crispin, professor i organisk elektronik vid Linköpings universitet.
Tillsammans med sin forskgrupp vid Linköpings universitet samt forskare vid Karlstads universitet och Chalmers har han utvecklat ett effektivt batteri som baseras på zink och lignin – två billiga och miljömässigt hållbara ämnen. Ligninet kommer från restflöden vid papperstillverkning.
– Vårt team vid Karlstads universitet bestod av Leandro Franco, en postdoktor i fysik, och jag själv, säger Moyses Araujo, universitetslektor i fysik. Vi använde avancerad simuleringar och modelleringar, för att få en djup förståelse av batteriets funktion på atomnivå. Vi studerade mekanismerna för jonkonduktivitet, som är avgörande för batteriets prestanda. Våra resultat, i kombination med experimentellt arbete från våra samarbetspartners i Linköping och Chalmers, har väsentligt bidragit till att utveckla designen av detta innovativa batteri.
Laddbart batteri
Batteriet är stabilt och kan användas över 8000 gånger men ändå bibehålla sin prestanda till cirka 80 procent. Dessutom kan batteriet hålla sin laddning i cirka en vecka vilket är betydligt längre än andra liknande zinkbaserade batterier som laddas ur på endast några timmar.
Batterier baserade på zink finns på marknaden redan idag, främst som engångsbatterier. Men de förutspås komplettera och i vissa fall ersätta litiumjonbatterier på sikt.
– Litiumjonbatterier är bra när de hanteras rätt. Men de kan vara explosiva, de är krångliga att återvinna och en del av utvinningen av vissa ämnen som kobolt är väldigt problematisk ur både miljö- och humanrättsynpunkt. Då är att vårt batteri är ett hållbart alternativ när energitäthet inte är avgörande, säger Ziyauddin Khan, forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik vid LiU.
Extremt billigt
Problemen med zinkbatterier har varit dålig beständighet då zink reagerar med vattnet i batteriets elektrolytlösning. Reaktionen leder till utveckling av vätgas och att zinken får en annorlunda struktur, något som gör batteriet i princip obrukbart.
För att stabilisera zinken används en elektrolyt med kaliumakrylbaserat salt (WiPSE). Det forskarna nu har kunnat visa är att när WiPSE används i ett batteri med zink och lignin blir stabiliteten väldigt hög.
Går att skala upp
I dagsläget är batterierna som utvecklats i labbet små. Men forskarna menar att de går att göra stora batterier, ungefär som ett bilbatteri, tack vare att både lignin och zink är billigt och finns i stora mängder. Men för massproduktion krävs att ett företag tar över.
– Man kan se det som vår skyldighet att hjälpa låginkomstländer att inte göra om samma misstag som oss. När de bygger upp sin infrastruktur behöver de börja med grön teknik direkt. Om ohållbar teknologi introduceras kommer den att användas av många miljarder människor vilket kommer att leda till en katastrof för klimatet, säger Reverant Crispin.
Forskningen finansierades i huvudsak av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse genom Wallenberg Wood Science Centre, Vetenskapsrådet, Åforsk, svenska regeringens strategiska forskningsområde på avancerade funktionella materiel, AFM, vid Linköpings universitet samt Vinnova genom Fun-Mat II. Det långsiktiga samarbetet med Ligna Energy AB inom Swedish Electricity Storage and Balancing Centre är finansierat av Energimyndigheten.
Artikeln: Water-in-Polymer Salt Electrolyte for Long-Life Rechargeable Aqueous Zinc-Lignin Battery, Divyaratan Kumar, Leandro R. Franco, Nicole Abdou, Rui Shu, Anna Martinelli, C. Moyses Araujo, Johannes Gladisch, Viktor Gueskine, Reverant Crispin & Ziyauddin Khan; Energy & Environmental Materials 2024, publicerad online 7 maj 2024. DOI: 10.1002/eem2.12752
