Vil fremtidens superbatterier være lavet af havvand?

Vi kender alle de genopladelige og effektive lithium-ion (Li-ion) batterier, der sidder i vores smartphones, bærbare computere og også i elbiler.

Desværre, lithium er en begrænset ressource, så det bliver en udfordring at tilfredsstille verdens voksende efterspørgsel efter relativt billige batterier. Derfor, forskere leder nu efter alternativer til Li-ion-batteriet.

Et lovende alternativ er at erstatte lithium med metallet natrium - for at lave Na-ion-batterier. Natrium findes i store mængder i havvand og kan let udvindes fra det.

"Na-ion-batteriet er stadig under udvikling, og forskere arbejder på at øge dets levetid, sænke opladningstiden og lave batterier, der kan levere mange watt, siger forskningsleder Dorthe Bomholdt Ravnsbæk fra Fysisk Institut. Kemi og farmaci på Syddansk Universitet.

Hun og hendes team er optaget af at udvikle nye og bedre genopladelige batterier, der kan erstatte dagens meget brugte Li-ion-batterier.

For at Na-ion-batterierne skal blive et alternativ, der skal udvikles bedre elektrodematerialer - noget hun og kolleger fra University of Technology og Massachusetts Institute of Technology, USA, har set på i en ny undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet ACS Applied Energy Materials .

Men før man ser på detaljerne i denne undersøgelse, lad os tage et kig på, hvorfor Na-ion-batteriet har potentialet til at blive den næste store batterisucces.

"En åbenlys fordel er, at natrium er en meget let tilgængelig ressource, som findes i meget store mængder i havvand. Lithium, på den anden side, er en begrænset ressource, der kun udvindes nogle få steder i verden, " forklarer Dorthe Bomholdt Ravnsbæk.

En anden fordel er, at Na-ion batterier ikke behøver kobolt, som stadig er brug for i Li-ion batterier. Størstedelen af ​​den kobolt, der bruges i dag til fremstilling af Li-ion-batterier, er udvundet i Den Demokratiske Republik Congo, hvor oprør, uorganiseret minedrift og børnearbejde skaber usikkerhed og moralske betænkeligheder med hensyn til landets kobolthandel.

Det tæller også på plussiden, at Na-ion-batterier kan produceres på de samme fabrikker, som laver Li-ion-batterier i dag.

I deres nye undersøgelse, Dorthe Bomholdt Ravnsbæk og hendes kolleger har undersøgt et nyt elektrodemateriale baseret på jern, mangan og fosfor.

Det nye twist på materialet er tilføjelsen af ​​grundstoffet mangan, hvilket ikke kun giver batteriet en højere spænding (volt), men øger også batteriets kapacitet og vil sandsynligvis levere mere watt. Dette skyldes, at de transformationer, der sker på atomniveau under udledningen og ladningen, ændres væsentligt af tilstedeværelsen af ​​mangan.

Lignende effekter er set i Li-ion-batterier, men det er meget overraskende, at effekten bevares i et Na-ion-batteri, da interaktionen mellem elektroden og Na-ioner er meget forskellig fra Li-ioner, " siger Dorthe Bomholdt Ravnsbæk.

Hun vil ikke forsøge at forudsige, hvornår vi kan forvente at finde havvandsbaserede Na-ion-batterier i vores telefoner og elbiler, fordi der stadig er nogle udfordringer, der skal løses. En udfordring er, at det kan være svært at lave små Na-ion-batterier. Men store batterier har også værdi - f.eks. når det kommer til lagring af vind- eller solenergi.

Dermed, i 2019, sådan et gigantisk 100 kWh Na-ion-batteri blev indviet for at blive testet af kinesiske forskere ved Yangtze River Delta Physics Research Center. Det gigantiske batteri består af mere end 600 forbundne Na-ion battericeller, og den leverer strøm til bygningen, der huser centret. Den strøm, der er gemt i batteriet, er overskudsstrøm fra hovednettet.