Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Nanoteknik förvandlar tegelstenar till batterier

Tegelstenar kan hålla kvar elektrisk spänning om de fylls med speciella nanofibrer. Det kan omvandla våra hus till enorma batterier.

Shutterstock

Amerikanska forskare från Washington University i St. Louis har skapat en tegelsten, som ser ut som en helt vanlig röd tegelsten, men som faktiskt också fungerar som ett batteri.

Knepet ligger i att fylla tegelstenens porer med nanofibrer gjorda av en speciell plastpolymer, som kan förvara elektrisk spänning.

Om våra byggnader kan omvandlas till stora batterier, så löser vi en av den gröna omställningens stora utmaningar: energilagring. Föreställ dig att solceller på ditt tak genererar elektricitet, som tegelstenarna i ditt hus sedan förvarar tills du behöver den.

Tegelsten skapar spänning som en gnuggad ballong

Tekniskt sett är den futuristiska tegelstenen inte något batteri, utan en superkondensator.

En kondensator består av två strömförande plattor som är åtskilda av ett skikt av ett annat material, som spänningen inte komma igenom. Att ladda en kondensator fungerar på samma sätt som att gnida en ballong mot en tröja, som ger negativ respektive positiv laddning, så att de attraherar varandra.

På samma sätt uppstår det negativ laddning i den ena av kondensatorns plattor och positiv laddning i den andra, vilket skapar ett elektriskt fält som polariserar det mellanliggande lagret. Spänningsskillnaden stannar i lagret tills energin frisätts som elektricitet till en extern krets.

Enorm yta förvandlar tegelsten till superkondensator

En kondensators kapacitet ökar när plattornas yta görs större eller avståndet mellan dem minskas.

På en superkondensator är plattorna därför klädda med porösa nanomaterial, vilket ger dem en mycket större ytvidd. Samtidigt åtskiljs plattorna inte av något tjockt skikt, utan är i stället doppade i en elektrolytisk vätska och åtskilda av en tunn plastfilm.

På så sätt uppnås samma struktur som i en vanlig kondensator, fast med större ytvidd och ett mindre avstånd mellan plattorna.

En superkondensator gjord av tegelstenar får en LED-lampa att lysa. Tegelstenarnas porer har fyllts med nanofibrer av strömförande plast.

© D’Arcy Research Laboratory

Den nya elektriska tegelstenen fungerar som plattorna i en superkondensator. Först indunstas tegelstenen med den strömförande plastikpolymeren PEDOT, som är täckt av nanofibrer. Sedan delas den i två halvor, varpå den doppas i en elektrolytisk gel. När de två halvorna sätts ihop igen blir de en superkondensator.

Hittills är tegelstenen inte särskilt effektiv. Den första prototypen har en energitäthet på bara en procent av ett vanligt litiumjonbatteri. Energitätheten är superkondensatorteknikens akilleshäl – tätheten i batterier är ofta 10–50 gånger högre.

Superkondensatorer är däremot lättare, är extremt snabba att ladda och kan dessutom laddas upp och ur näst intill ett oändligt antal gånger jämfört med batterier.

Forskarna tror att de med några få justeringar kan tiodubbla energitätheten. Lyckas de med det, kan superkondensatorer bli ett gångbart alternativ till batterier.

BAKGRUND: Den gröna omställningen bygger på batterier

  • Varför är batterier viktiga?

    Om klimatet ska räddas måste vi ställa om majoriteten av vår energiförbrukning till hållbara källor i form av elektricitet från jordvärme, vatten, vind och sol. Hållbara energikällor har dock det problemet att vi inte bara kan sätta på och stänga av dem när vi vill, vilket vi är vana vid från fossila bränslen. Solceller alstrar el när solen skiner, vindkraftverk när det blåser och så vidare. Därför måste vi kunna spara elektriciteten från överproduktionen till vindstilla, mulna dagar. Dessutom måste vi kunna transportera elektriciteten, så att den kan användas även när man inte är i närheten av elnätet.

  • Vilken är den största utmaningen?

    Priset. Om batterier på allvar ska försörja våra elnät, bostäder och bilar, måste de vara så billiga att de kan konkurrera med andra former av energilagring. Det amerikanska energidepartementet räknar med att elbilar blir konkurrenskraftiga när de kan leverera 1 kilowattimme för 125 dollar. I dag ligger kostnaden på omkring 156 dollar per kilowattimme. Det enklaste sättet att sänka priset är att öka mängden elektricitet som ett batteri kan lagra. Det vill säga en ökad energitäthet.

  • Vilka batterier har störst potential?

    Litiumjonbatteriet har den största energitätheten och är därför den suveränt mest populära batteritypen i dag. Energitätheten i ett litiumjonbatteri beror på de material som elektroderna är byggda av och därför arbetar man stenhårt med att utveckla nya typer av elektroder av nya material. I dag tillverkas anoder ofta av koppar och grafit, men om de i stället kunde byggas av rent litium skulle energitätheten kunna tiodubblas. I gengäld har litiumanoder en tendens att växa, så att batterierna kortsluts eller till och med exploderar. Ett nytt och mycket lovande tillvägagångssätt är att använda nanoteknik till att stabilisera anoden, men det är ännu inte någon billig lösning för massproduktion. Innovation inom batteriteknik är ofta en balansgång, eftersom förbättringar har sitt pris. Men utvecklingen går som tur är åt rätt håll.

  • Hur ser framtiden ut för batterier?

    Priset på litiumjonbatterier har minskat med 90 procent sedan 2010, och i USA har man anslagit tre gånger så många batteriforskare i dag som det fanns för tio år sedan. Efterfrågan på hållbar energi och batterier skjuter i höjden och innovationen accelererar. Enligt några uppskattningar kan priset per kilowattimme komma ända ned till 62 dollar redan år 2030. För det priset blir det svårt att konkurrera med batteriet.

Läs också:

Solceller

Nu levererar solen den billigaste elen någonsin

3 minuter
Atomkraft

Ny fusionsreaktor kan bli början till oändlig energi

4 minuter
Teknik

Kvantkrets löser framtidens mysterier

9 minuter

Logga in

Ogiltig e-postadress
Lösenord behövs
Visa Dölj

Redan prenumerant? Prenumererar du redan på tidningen? Klicka här

Ny användare? Få åtkomst nu!

Nollställ lösenord.

Skriv in din e-postadress, så skickar vi anvisningar om hur du återställer ditt lösenord.
Ogiltig e-postadress

Kontrollera din e-post

Vi har skickat ett e-postmeddelande till med instruktioner om hur du återställer ditt lösenord. Kontrollera ditt skräppostfilter om meddelandet inte har kommit.

Uppge nytt lösenord.

Skriv in ett nytt lösenord. Lösenordet måste ha minst 6 tecken. När du har upprättat ditt lösenord blir du ombedd att logga in.

Lösenord behövs
Visa Dölj