Ett nytt koncept skulle kunna göra mer miljövänliga batterier möjliga

Ett nytt koncept för ett aluminiumbatteri har dubbelt så mycket energitäthet som tidigare versioner, är tillverkat av rikligt med material och kan leda till minskade produktionskostnader och miljöpåverkan. Idén har potential för storskaliga tillämpningar, inklusive lagring av sol- och vindenergi. Forskare från Chalmers tekniska högskola, Sverige, och National Institute of Chemistry, Slovenien, står bakom idén.

Att använda aluminiumbatteriteknik kan erbjuda flera fördelar, inklusive en hög teoretisk energitäthet, och det faktum att det redan finns en etablerad industri för dess tillverkning och återvinning. Jämfört med dagens's litiumjonbatterier' nytt koncept skulle kunna leda till markant lägre produktionskostnader.

& quot;Materialkostnaderna och miljöpåverkan som vi föreställer oss från vårt nya koncept är mycket lägre än vad vi ser idag, vilket gör dem möjliga för storskalig användning, som solcellsparker eller lagring av vindenergi, till exempel," säger Patrik Johansson, professor vid institutionen för fysik på Chalmers.

& quot;Dessutom har vårt nya batterikoncept dubbelt så mycket energitäthet jämfört med aluminiumbatterierna som är'state of the art' i dag."

Tidigare konstruktioner för aluminiumbatterier har använt aluminium som anod (den negativa elektroden) - och grafit som katod (den positiva elektroden). Men grafit ger för lågt energiinnehåll för att skapa battericeller med tillräcklig prestanda för att vara användbar.

Men i det nya konceptet, presenterat av Patrik Johansson och Chalmers, tillsammans med en forskargrupp i Ljubljana under ledning av Robert Dominko, har grafiten ersatts av en organisk, nanostrukturerad katod, gjord av den kolbaserade molekylen antrakinon.

Antrakinonkatoden har utvecklats omfattande av Jan Bitenc, tidigare gästforskare på Chalmers från gruppen vid National Institute of Chemistry i Slovenien.

Fördelen med denna organiska molekyl i katodmaterialet är att den möjliggör lagring av positiva laddningsbärare från elektrolyten, lösningen i vilken joner rör sig mellan elektroderna, vilket möjliggör högre energitäthet i batteriet.

& quot;Eftersom det nya katodmaterialet gör det möjligt att använda en mer lämplig laddningsbärare kan batterierna bättre utnyttja aluminium's potential. Nu fortsätter vi arbetet med att leta efter en ännu bättre elektrolyt. Den nuvarande versionen innehåller klor -- vi vill bli av med det," säger Chalmersforskaren Niklas Lindahl som studerar de interna mekanismerna som styr energilagring.

Än så länge finns det inga kommersiellt tillgängliga aluminiumbatterier, och även inom forskarvärlden är de relativt nya. Frågan är om aluminiumbatterier på sikt kan ersätta litiumjonbatterier.

& quot;Vi hoppas naturligtvis att de kan. Men framför allt kan de komplettera varandra och se till att litiumjonbatterier endast används där det är absolut nödvändigt. Än så länge är aluminiumbatterier bara hälften så energitäta som litiumjonbatterier, men vårt långsiktiga mål är att uppnå samma energitäthet. Det återstår arbete att göra med elektrolyten, och med att utveckla bättre laddningsmekanismer, men aluminium är i princip en betydligt bättre laddningsbärare än litium, eftersom det är multivalent -- vilket innebär att varje jon'kompenserar' för flera elektroner. Dessutom har batterierna potential att vara betydligt mindre miljöskadliga," säger Patrik Johansson.