Vil lage superbatteri i containerstørrelse

Fornybare energikilder gir oss uhorvelige mengder energi når sola steker og vindkast holder liv i vindturbinene. Livet består imidlertid av mer enn bare solskinnsdager. Vi trenger pålitelige energiløsninger som kan ta vare på overskuddsenergien frem til vi har behov for den. Batterier er én av flere løsninger som skal gjøre nettopp dette.

– Skal vi lykkes i å gå fra olje til grønne energikilder må aktører jobbe sammen for å skape effektive, holdbare energisystemer. Samtidig må vi skape nye, konkurransedyktige næringer i Europa, sier Mari Juel, seniorforsker ved SINTEF Industri.

– Sink-luft-batterier er én av disse teknologiene som vil gi oss grønn og stabil strømforsyning, spår forskeren.

Skal forsyne strømnettet

På Gløshaugen i Trondheim, utsettes sink-luft-batteriene for gjentatte oppladinger og ulike materialkombinasjoner. Her ser vi forskerne Kaushik Jayasayee og Mari Juel, begge i SINTEF. Foto: Ida Eir Lauritzen VIS MER

Batterier laget av sink og luft er ikke noe nytt konsept: Denne batteriteknologien finnes blant annet i høreapparater.

Sammenlignet med litiumion-batterier som brukes i elbiler og hverdagselektronikk, så rommer de mere energi sammenlignet med sin egen vekt.

– Sink-luft-batteriene er tettpakket med energi og er et av de tryggeste alternativene på markedet.

– I tillegg er batteri-ingrediensene både billige og lett tilgjengelige, noe som gjør batteriene rimelig å produsere, forteller Juel.

I praksis ser forskerne for seg såkalte “battericontainere” – ikke ulikt en fraktcontainer. Denne containeren vil inneholde mange battericeller. I tillegg kan batterikapasiteten tilpasses behovet, fordi man kan koble sammen flere containere. Og de kan plasseres hvor som helst hvor behovet melder seg.

Forskere er i ferd med å utvikle et miljøvennlig kjempebatteri som har så stor kapasitet at det kan kobles på strømnettet. Illfoto: Thinkstock VIS MER

Til tross for gode egenskaper faller de fleste sink-luft-batteriene vi bruker inn under kategorien “engangsbatterier”.

I 2005 kom nyheten om at SINTEF-knoppskuddet ReVolt sto klar til å lansere et oppladbart sink-luft-batteri som skulle ha “lengre levetid, større kapasitet og miljøvennlighet” enn de andre batteriene på markedet. Så ble det stille.

Oppgaven med å gjøre batteriene oppladbare viste seg å være mer krevende enn først antatt. I det europeiske samarbeidsprosjektet ZAS har SINTEF på nytt undersøkt hvilke materialvalg som må brukes for at disse batteriene skal gi oss strøm – om og om igjen – uten at de svekkes. Målet er å få et batteri som er trygt og miljøvennlig og som klarer å lagre energien fra sol og vind.

Hvor kommer batteriets energi fra?

Et batteri har to elektroder med ulik ladning. Materialet på den negative elektroden har elektroner “til overs” som materialet på den positive elektroden gjerne vil binde seg til.

I sink-luftbatteriene er det oksygen og sink som reagerer med hverandre, og det er når dette skjer vi får energi. I sin naturlige tilstand har ikke oksygen noen ekstra elektroner å tilby sink. Alliansen mellom de to oksygenatomene må derfor brytes før nye reaksjoner kan oppstå.

Dette er en prinsippskisse av sink-luftbatteriet. Illustrasjon: SINTEF VIS MER

– Når luft strømmer inn gjennom luftelektroden i batteriet så treffer den et materiale som fungerer som en katalysator. Katalysatorene splitter oksygenet og danner ladede ioner. Disse ionene vil reagere med sink, og alliansen sinkoksid dannes, forklarer SINTEF-forsker Kaushik Jayasayee.

Det er når sinkoksid dannes vi får energien vi er ute etter. Så lenge batteriet kan tilby nok sink som kan reagere med oksygenet, kan denne runddansen gå sin seiersgang.

Det er når sinklageret trenger påfyll at utfordringene begynner å melde seg.

Nye materialvalg skal løse ladeutfordringer

– Når batteriet settes til lading så vil den elektriske strømmen splitte opp sinkoksid slik at vi på nytt får oksygengass og sink. En av utfordringene er at sink fordeler seg ujevnt i batteriet, materialene i batteriet løser seg opp eller væsken inne i batteriet trenger inn i luftelektroden. Dette svekker batteriets ytelse eller kan føre til kortslutning, forklarer Jayasayee.

En del av problemene som oppstår kan løses ved å sirkulere væsken som leder ionene til sinkelektroden. Dette krever imidlertid en del vedlikeholdsarbeid, og levetiden på slike batterier er kortere. Batteriene ZAS-prosjektet har testet skal løse “knutene på tråden” innad i batteriet. Materialene i batteriet er nøye valgt ut for å skape et stabilt miljø.

– De ulike batterikomponentene må spille på lag for å unngå at batteriet svekkes eller kortslutter. Resultatene fra ZAS-prosjektet viser at store, miljøvennlige batterier kan bli en realitet, sier prosjektleder Mari Juel.