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.

Nanoteknologi forvandler mursteiner til batterier

Mursteiner kan holde på elektrisk spenning hvis de fylles med spesielle nanofibre. Det kan gjøre om husene våre til gigantiske batterier.

Shutterstock

Amerikanske forskere fra Washington University i St. Louis har skapt en murstein som ligner den helt vanlige røde typen, men faktisk også fungerer som et batteri.

Trikset består i å fylle mursteinens porer med nanofibre laget av en spesiell plastpolymer som kan holde på elektrisk spenning.

Hvis bygningene våre kan gjøres om til store batterier, løser vi en av den grønne omstillingens store utfordringer: energioppbevaring. Forestill deg at solceller på taket ditt genererer elektrisitet som mursteinene i huset din holder på fram til du trenger den.

Mursteiner skaper spenning som en ballong

Teknisk sett er ikke den futuristiske mursteinen et batteri, men en superkondensator.

En kondensator består av to strømførende plater som er delt av et lag av et annet materiale som spenningen ikke kan bevege seg i. Når man lader opp en kondensator, svarer det til å gni en ballong mot en genser, noe som gir dem henholdsvis negativ og positiv ladning, slik at de tiltrekker hverandre.

På samme måte oppstår det negativ ladning i den ene av kondensatorens plater og positiv ladning i den andre, og det skaper et elektrisk felt, som polariserer det mellomliggende laget. Spenningsforskjellen blir i laget inntil energien utløses som elektrisitet til et eksternt kretsløp.

Enorm overflate forvandler mursteiner til superkondensator

En kondensators kapasitet stiger når platenes overflate gjøres større eller avstanden mellom dem reduseres.

På en superkondensator er platene derfor kledt med porøse nanomaterialer, noe som gir dem et mye større overflateareal. Samtidig er ikke platene skilt av et tykt lag, men i stedet er de dyppet i en elektrolytisk væske og skilt av en tynn film av plast.

Dermed oppnås samme struktur som en i vanlig kondensator, men med et større overflateareal og en mindre avstand mellom platene.

En superkondensator laget av murstein får en LED-lampe til å lyse. Mursteinenes porer er fylt med nanofibre av strømførende plast.

© D’Arcy Research Laboratory

Den nye elektriske mursteinen fungerer som platene i en superkondensator. Først dampes´ mursteinen inn med den strømførende plastpolymeren PEDOT, som er dekket av nanofibre. Så deles den i to, før den dyppes i en elektrolytisk gele. Når de to stykkene igjen settes sammen, har man en superkondensator.

Inntil videre er mursteinen imidlertid ikke spesielt effektiv. Den første prototypen har en energitetthet på bare 1 prosent av et vanlig litium-ion-batteri. Nettopp energitetthet er superkondensatorteknologiens akilleshæl – tettheten i batterier er ofte 10–50 ganger høyere.

Til gjengjeld er superkondensatorer lettere, ekstremt raske å lade opp og da kan de dessuten lades nesten uendelig mange ganger i forhold til batterier.

Forskerne mener at de med enkle justeringer kan øke energitettheten til det tidobbelte. Lykkes det, kan superkondensatorer bli et nyttig alternativ til batterier.

BAKGRUNN: Den grønne omstillingen er avhengig av batterier

  • Hvorfor er batterier viktige?

    Hvis klimaet skal reddes, må vi omstille mesteparten av energiforbruket vårt med fornybare kilder i form av elektrisitet fra jordvarme, vann, vind og sol. Fornybare energikilder har imidlertid det problemet at vi ikke bare kan skru dem av og på når vi har lyst, som vi har blitt vant til med fossile drivstoff. Solceller lager strøm når solen skinner, vindmøller når vinden blåser og så videre. Derfor må vi kunne lagre elektrisitet fra overproduksjon til de vindstille gråværsdagene. Dessuten må vi kunne frakte elektrisiteten, slik at den kan tas i bruk når man ikke er i nærheten av strømnettet.

  • Hva er den største utfordringen?

    Prisen. Hvis batterier for alvor levere kraft til vårt strømnett, boliger og biler, må de være så billige at de kan konkurrere med andre former for energioppbevaring. Det amerikanske energidepartementet regner med at elbiler blir konkurransedyktige når de kan levere [1 KwH for 125 dollar]. (https://qz.com/1588236/how-we-get-to-the-next-big-battery-breakthrough/ {"rel":"follow"}) I dag ligger tallet omkring 156 dollar. Den letteste måten å senke prisen er å øke den mengden elektrisitet som det enkelte batteriet kan oppbevare. Også kalt energitettheten.

  • Hvilke batterier har størst potensial?

    Litium-ion-batteriet har den største energitettheten og er derfor den suverent mest populære batteritypen i dag. Energitettheten i et litium-ion-batteri er avhengig av de materialene som elektrodene er bygget av, og derfor arbeides det beinhardt for å utvikle nye typer av elektroder av nye materialer. I dag lages anoder ofte av kobber og grafitt, men hvis de i stedet kunne bygges av ren litium, ville det kunne tidoble energitettheten. Til gjengjeld har litium-anoder tendens til å vokse, slik at batteriene kortslutter eller faktisk eksploderer. En ny og veldig lovende tilnærming er å bruke nanoteknologi til å stabilisere anoden, men til gjengjeld er det fortsatt ikke en billig løsning til masseproduksjon. Innovasjon i batteriteknologi er ofte en balansegang, der forbedringer kommer med en pris. Men heldigvis går det i riktig retning.

  • Hvordan ser framtiden ut for batterier?

    Prisen på litium-ion-batterier er falt med 90 prosent siden 2010, og i USA er det om lag tre ganger så mange batteriforskere i dag som det var for 10 år siden. Etterspørselen etter fornybar energi og batterier skyter i været, og innovasjonen akselererer. Ifølge noen estimater kan prisen per KwH komme helt ned på 62 dollar allerede i 2030. Til den prisen blir det vanskelig å konkurrere med batteriet.

Les også:

Batterier

Appelsinskall gjør batterier mer bærekraftige

3 minutter
Energi

Forskere forvandler jern til uendelig energi

3 minutter
Batterier

Nasa tar nytt skritt i jakten på liv i verdensrommet

9 minutter

Logg inn

Ugyldig e-postadresse
Passord er påkrevd
Vis Skjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klikk her

Ny bruker? Få adgang nå!

Nullstill passord

Skriv inn e-postadressen din, så sender vi deg en e-post som forklarer deg hvordan du skal nullstille passordet ditt.
Ugyldig e-postadresse

Sjekk e-posten din

Vi har sendt en e-post til som forklarer deg hvordan du skal nullstille passordet ditt. Hvis du ikke finner e-posten, bør du se i søppelposten (uønsket e-post, «spam»).

Oppgi nytt passord.

Skriv inn det nye passordet ditt. Passordet må ha minst 6 tegn. Når du har opprettet passordet ditt, vil du bli bedt om å logge deg inn.

Passord er påkrevd
Vis Skjul