Linköpingsforskare bakom första organiska batteriet

Ett helt organiskt batteri där hemma som powerbank till elbilen? Ja, så kan det kanske bli i framtiden. Vad som ligger till grund för den utsikten är ett nytt framsteg vid Linköpings universitet. Här har forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik för första gången demonstrerat ett organiskt batteri, eller ett så kallat redox-flödesbatteri. Enligt ett pressmeddelande är den här typen av batterier stationära sådana som ger stora möjligheter att lagra överskottsenergi, från exempelvis sol och vind, och verkar kunna laddas hur många gånger som helst. Redox-flödesbatterier uppges vara ofta förknippade med vanadin, en metall som sägs vara både dyr och sällsynt. De organiska redox-flödesbatterierna har fortfarande lägre energiinnehåll än vanadin-batterierna, men är enligt forskningsrönet superbilliga, helt återvinningsbara, säkra och utmärkta för att lagra energi och jämna ut belastningen i elnäten. Energin i ett redox-flödesbatteri finns, likt en bränslecell, i elektrolyten utanför cellen. Elektrolyten kan vara vattenbaserad för att göra batterierna säkrare. Nackdelen är att energidensiteten sägs bli lägre. Det forskningsgruppen har lyckats med att ta fram är så väl en vattenbaserad elektrolyt som elektroder i organiska material som ska öka energidensiteten väsentligt. Därmed blir det också möjligt att tillverka helt organiska redox-flödesbatterier för lagring av exempelvis sol- och vindenergi och för att utjämna belastningen i elnätet. Som elektroder har de använt den ledande polymeren PEDOT som de dopar för att antingen transportera positiva eller negativa joner, katjoner respektive anjoner. Den vattenbaserade elektrolyten de tagit fram består av en lösning med kinon-molekyler, ett ämne som finns i material från skogen. – Kinoner kan komma från trämaterial men här har vi använt samma molekyl, tillsammans med olika varianter av den ledande polymeren PEDOT. Det visar sig att de stortrivs med varandra, som en gåva från naturen, säger Viktor Gueskine, förste forskningsingengör vid Laboratoriet för organisk elektronik, i pressmeddelandet. Anledningarna till att de trivs med varandra är enligt forskarna att PEDOT-elektroderna bidrar till att kinon-molekylerna växlar mellan sitt oxiderade och sitt reducerade tillstånd och därmed skapar ett flöde av protoner eller elektroner – därav redox. – Jonprocessen är normalt svår att kontrollera, men här kan vi göra det. Vi utnyttjar ett fundamentalt fenomen inom elektrokatalysen där en speciell jon i en lösning, i detta fallet kinonjoner, omvandlas till elektricitet. Fenomenet existerar möjligen även i andra typer av lagringsmedia som i batterier, bränsleceller och superkapacitanser. Men det är en effekt som aldrig diskuterats tidigare. Vi visade det för första gången i ett redox-flödesbatteri, säger Mikhail Vagin, förste forskningsingenjör vid laboratoriet, i pressmeddelandet. Forskningen har finansierats av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, genom Wallenberg Wood Science center, Vinnova, genom Digital cellulosa center, och Stiftelsen för strategisk forskning, SSF. Den har även bedrivits inom den strategiska satsningen på Avancerade Funktionella Material, AFM, vid Linköpings universitet.