gigabatteriene kan lades med fornybar energi : Bildet viser solceller og en vindmølle
Mer fornybar kraft skal inn i energysystemet vårt. Men fordi sol og vind ikke kan lagres, skal forskere nå utvikle kjempebatterier som kan bidra til å jevne ut tilgangen til den nye kraften. Illustrasjonsbilde: Shutterstock

Nå kommer gigabatteriene

Glem smått og lett. Batterier er på sitt aller mest effektive når de kan bli store som en container – og stå i ro. Nå bygger forskere batterier så store som hus, med helt nye materialer. Det vil gjøre utnyttelsen av fornybar kraft enklere og bedre.

Når sola skinner, eller vinden blåser gir det oss sårt tiltrengt fornybar kraft. Men sola skinner og vinden blåser bare når den selv vil. Derfor er ikke tilgangen på denne kraften i takt med etterspørselen.

– Med det som kalles høytemperaturbatterier kan vi lagre kraften fra både sol og vind i store mengder. Da er det viktig at batteriene er billige nok, sier SINTEFS prosjektleder og forsker Ole Kjos.

En slik løsning vil gjøre det enklere å fordele energien ut i kraftnettet fra fornybare kilder uten at krafta går til spille.

I prosjektet SOLSTICE er det nettopp dette som er målet. I tillegg skal alle materialer og komponenter i batteriene kunne gjenvinnes etter et «Zero-Waste-prinsipp – altså med null i avfall. Men hva er egentlig høytemperaturbatterier?

Forskeren forklarer:
–Dette er batterier som er designet for å brukes med temperatur fra 200 °C og oppover, temperaturområder hvor blandinger av vanlige uorganiske salter blir flytende. Disse saltene kan derfor erstatte polymer-elektrolytten som brukes i Li-ion batterier i dag. Høyere temperatur gjør også at litium kan erstattes av natrium, som er betydelig billigere og lett tilgjengelig. Ved å isolere batteriet og ta vare på varmen som utvikles under oppladning og utladning, snarere enn å kjøle batteriet slik man ofte må med Li-batterier under hard bruk, så kan batteriene holdes på driftstemperatur uten ekstra tilførsel av energi.

Gigantbatteriene kan balansere ut strømmen vi får fra sol og vind. Illustrasjon: SINTEF

Norske aktører sitter på kompetansen som trengs

Kompetansen som kreves for å utvikle denne typen batterier, med smeltede salter og flytende metaller, er i stor grad overlappende med kompetansen vi har ved SINTEF og NTNU fra forskning og utviklingsaktiviteter for norsk metallindustri.

–Høyere temperatur gir raskere reaksjoner, som betyr mulighet for raskere ladning / utladning, som gjør at batteriet har mulighet til å avgi store mengder strøm på kort tid om det skulle være nødvendig, sier Kjos.

Denne typen batterier kan også skaleres i mye større enkeltceller enn dagens Li-ion batterier. Det gjør storskala utbygging enklere.

– Ved høyere temperatur kan man bruke helt andre kjemiske systemer. Dette gir mange nye muligheter fordi vi kan benytte billige systemer basert på f.eks. salter som Natriumklorid og Kalsiumklorid og metaller som Natrium og Sink gir helt annet kostnadsbilde og tilgjengelighet for konstruksjonsmaterialene som skal brukes, forklarer SINTEF-forskeren.

Fakta om SOLSTICE:

  • Fireårig prosjekt under Horizon 2020 / LC-BAT-8 som starter 1.1.2020
  • Hele prosjektet koordineres av Dr. Norbert Weber ved Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) i Tyskland
  • Totalbudsjett på 7,720,798 EUR, finansiert gjennom EU-prosjektet Horizon 2020 (No 963599)
  • SINTEF og NTNU er de norske deltakerne, med 1,556,625EUR til SINTEF og 317,648EUR til NTNU
  • 12 partnere fra 7 land skal samarbeide tett om utviklingen
  • Skal resultere i fire demonstratorenheter som er små, men komplette batterier som skal stå i tre måneders kontinuerlig testing

 

Viderefører tidligere forskning

Dette prosjektet er en videreføring av et tidligere  samarbeidsprosjekt mellom SINTEF og NTNU, finansiert av Forskningsrådet. Det har to konkrete mål: Å videreutvikle SINTEFs egen teknologi for høytemperaturbatterier som holder 5-600 grader, og å videreutvikle en eksisterende teknologi for FZSoNick, som i dag produserer batterier som holder ca. 200 grader.

Batterilandsbyer

Det forskerne ser for seg er å bygge batterier så store som containere, og koble disse sammen til små «batterilandsbyer». Batteriene kan også stables oppå hverandre, og må plasseres i viktige knutepunkter i strømnettet.

Årsaken er at batterier som skal stå i strømnettet trenger ikke være små og lette som batterier for elbiler må være. I strømnettet er det viktigere at batteriene er billige per kilowattime-

Slike batteri-knutepunkt vil ha stor betydning for oss som strømkunder: I land som Tyskland vil det å jevne ut tilgangen til fornybar strøm være essensielt for å forbedre forsyningssikkerhet og erstatte kull som energikilde. I Norge vil vi hovedsakelig merke fordelene i form av en jevnere strømpris, siden tilgjengeligheten på strøm ikke vil være så avhengig av om det blåser og om sola skinner

Forskerne fra SINTEF og NTNU skal bidra med er å bygge batteriet, finne de rette materialene som tåler bruken, teste batteriene, modellere batteriet under oppladning og utladning og vise at de kan demonteres og gjenbrukes.

– Her skal ingenting havne på fyllinga, slår forskeren fast.

Fire demonstratorenheter skal være klar om tre år og en av dem skal plasseres i SINTEFs laboratorier på Gløshaugen for videre testing og utprøving.

Publikasjoner: 

Electrode behaviors of Na-Zn liquid metal battery. J. Xu, A.M. Martinez, K.S. Osen, O.S. Kjos, O.E. Kongstein, G.M. Haarberg, Journal of the Electrochemical Society 164, A2335-A2340 (2017).

Na-Zn liquid metal battery, J. Xu, O.S. Kjos, K.S. Osen, A.M. Martinez, O.E. Kongstein, G.M. Haarberg, Journal of Power Sources 332, 274- 280 (2016).

Liquid Metal Batteries as a Power Buffer in Aluminium Production Plants, A. Solheim, K.S. Osen, C. Sommerseth, O.E. Kongstein, Travaux 46, Proceedings of 35th International ICSOBA Conference (2017)