Een batterij gemaakt van zink en lignine die meer dan 8000 keer kan worden gebruikt. Dit is ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Linköping met een visie om een goedkope en duurzame batterijoplossing te bieden voor landen waar de toegang tot elektriciteit beperkt is. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Energy & Environmental Materials.
Reverant Crispin en Ziyauddin Khan, onderzoekers bij het Laboratorium voor Organische Elektronica. Afbeelding tegoed: Thor Balkhed/Linköping Universiteit
“Zonnepanelen zijn relatief goedkoop geworden en veel mensen in lage-inkomenslanden hebben ze geadopteerd. In de buurt van de evenaar gaat de zon echter rond 6 uur onder, waardoor huishoudens en bedrijven zonder elektriciteit komen te zitten. De hoop is dat deze batterijtechnologie, zelfs met lagere prestaties dan de dure Li-ion-batterijen, uiteindelijk een oplossing voor deze situaties zal bieden”, zegt Reverant Crispin, hoogleraar organische elektronica aan de Universiteit van Linköping.
Zijn onderzoeksgroep aan het Laboratory of Organic Electronics heeft samen met onderzoekers van Karlstad University en Chalmers een batterij ontwikkeld die is gebaseerd op zink en lignine, twee kosteneffectieve en milieuvriendelijke materialen. Qua energiedichtheid is het vergelijkbaar met loodzuuraccu's, maar dan zonder lood, dat giftig is.
Stabiele batterij
De batterij is stabiel, aangezien deze meer dan 8000 cycli kan worden gebruikt terwijl ongeveer 80% van zijn prestaties behouden blijft. Bovendien behoudt de batterij zijn lading ongeveer een week, aanzienlijk langer dan andere vergelijkbare zinkgebaseerde batterijen die in slechts een paar uur ontladen.
Hoewel op zink gebaseerde batterijen al op de markt zijn, voornamelijk als niet-oplaadbare batterijen, wordt verwacht dat ze op de lange termijn de lithium-ionbatterijen zullen aanvullen en, in sommige gevallen, zullen vervangen als het kenmerk van oplaadbaarheid op de juiste manier wordt geïntroduceerd.
“Hoewel lithium-ionbatterijen nuttig zijn als ze op de juiste manier worden behandeld, kunnen ze explosief zijn, lastig te recyclen en problematisch in termen van milieu- en mensenrechtenkwesties wanneer specifieke elementen zoals kobalt worden gewonnen. Daarom biedt onze duurzame batterij een veelbelovend alternatief waarbij de energiedichtheid niet cruciaal is”, zegt Ziyauddin Khan, onderzoeker bij het Laboratory of Organic Electronics van LiU.
Goedkoop en recyclebaar
Het probleem met zinkbatterijen is vooral de slechte duurzaamheid, omdat zink reageert met het water in de elektrolytoplossing van de batterij. Deze reactie leidt tot de vorming van waterstofgas en de dendritische groei van het zink, waardoor de batterij feitelijk onbruikbaar wordt.
Om het zink te stabiliseren, wordt een stof gebruikt die op kaliumpolyacrylaat gebaseerd water-in-polymeerzoutelektrolyt (WiPSE) wordt genoemd. Wat de onderzoekers van Linköping nu hebben aangetoond, is dat wanneer WiPSE wordt gebruikt in een batterij die zink en lignine bevat, de stabiliteit zeer hoog is.
“Zowel zink als lignine zijn supergoedkoop en de batterij is gemakkelijk recyclebaar. En als je de kosten per gebruikscyclus berekent, wordt het een extreem goedkope batterij vergeleken met lithium-ionbatterijen”, zegt Ziyauddin Khan.
schaalbare
Momenteel zijn de in het laboratorium ontwikkelde batterijen klein. De onderzoekers zijn echter van mening dat ze grote batterijen kunnen maken, ongeveer zo groot als een autobatterij, dankzij de overvloed aan zowel lignine als zink tegen lage kosten. Voor massaproductie zou echter de betrokkenheid van een bedrijf nodig zijn.
Reverant Crispin beweert dat de positie van Zweden als innovatief land het land in staat stelt andere landen te helpen bij het adopteren van duurzamere alternatieven.
“We kunnen het als onze plicht zien om lage-inkomenslanden te helpen voorkomen dat ze dezelfde fouten maken als wij. Wanneer ze hun infrastructuur bouwen, moeten ze meteen aan de slag met groene technologie. Als er niet-duurzame technologie wordt geïntroduceerd, zal deze door miljarden mensen worden gebruikt, wat tot een klimaatcatastrofe zal leiden”, zegt Reverant Crispin.
Het onderzoek werd voornamelijk gefinancierd door de Knut en Alice Wallenberg Foundation via het Wallenberg Wood Science Centre, de Zweedse Onderzoeksraad, Åforsk, het strategische onderzoeksgebied van de Zweedse overheid op het gebied van geavanceerde functionele materialen (AFM) aan de Universiteit van Linköping, en Vinnova via Fun-Mat II. . De langdurige samenwerking met Ligna Energy AB binnen het SESBC-centrum wordt gefinancierd door het Zweedse Energieagentschap.
Artikel: Water-in-polymeerzoutelektrolyt voor oplaadbare waterige zink-ligninebatterij met lange levensduur, Divyaratan Kumar, Leandro R. Franco, Nicole Abdou, Rui Shu, Anna Martinelli, C. Moyses Araujo, Johannes Gladisch, Viktor Gueskine, Reverant Crispin & Ziyauddin Khan; Energie en milieumaterialen 2024, online gepubliceerd op 7 mei 2024. DOI: 10.1002/eem2.12752
Geschreven door Anders Törneholm
Bron: Linköping University
