Fremtidens energiproblemer kræver bedre batterier

Fra bøjelige batterier til kæmpestore kraftværker - lagring af energi er en central faktor, hvis vi skal bekæmpe klimaforandringerne.

Der skal mange forskellige nye slags batterier til, hvis vi vil lave energiløsninger som er bæredygtige og kan hjælpe med at tackle klimaudfordringerne. (Foto: Anders Høeg Nissen DR Videnskab © dr)

Tesla er nok bedst kendt for sine elektriske biler, men firmaet har også gang i produktionen af kolossale mængder af batterier.

Batterierne skal både bruges i køretøjerne og i den såkaldte Tesla Powerwall, som skal installeres i hjemmene og opsamle strøm fx fra solceller og vindmøller.

Men selvom Tesla trækker mange overskrifter, så baserer deres batterier sig på lithium-ion-teknologi, der måske ikke er den bedste til fremtidens energiløsninger.

Rundt omkring i laboratorierne bliver der derfor arbejdet hårdt på at udvikle nye batterier, som kan erstatte de nuværende.

Nogle batterier er bøjelige og miljøvenlige, andre har kæmpestor kapacitet, andre igen kan lades og genoplades tusindvis af gange.

EmTech-konferencen på Massachusetts Institute of Technology (MIT) i oktober mødte Harddisken på P1 to af de mennesker, som har udviklet nye slags batterier.

Kæmpe batterisystemer til fremtidens el-netværk

Don Sadoway er en velklædt herre i 60'erne, der minder mere om en crooner fra 50'erne end en forsker.

Han er oprindeligt fra Canada, men har i knap 40 år forsket på MIT, især i hvordan nye materialer og teknologier måske kan være med til at løse vores udfordringer når det gælder energi.

- Det er afgørende nødvendigt at vi udvikler bedre måder at lagre energi på, så vi ikke er afhængige af at det blæser og så vi også har strøm om natten, siger han.

Problemet er bare, at de batterier som vi bruger idag, ikke er gode nok, mener Don Sadoway.

Blybatterier og de allestedsnærværende Lithium-ion-batterier lider især med levetiden - de mister deres evne til at blive opladet fuldt efter måske 1000 genopladninger eller 2-3 års brug.

Nye batterier med flydende metal

Don mener dog, at hans gruppe på MIT måske har noget nyt og meget bedre på vej, nemlig det såkaldt 'liquid metal battery'.

Den nye batteritype har tre lag: øverst et lag af en relativt let metal-legering, nederst et lag af tungere metal, og imellem et lag af salt. Alle lagene er - som navnet 'liquid metal battery' antyder - flydende, men blander sig ikke.

- Lagene er separeret ligesom olie og eddike, siger Don Sadoway.

I følge Don har den nye batteritype mange fordele. Sammenlignet med lithium-ion kan det fx bruges mange, mange gange over lang tid, uden at miste sin effekt. En anden bonus er, at at det reagerer hurtigt, men samtidig evner at aflevere strømmen jævnt over mange timer.

Lokale råstoffer i de nye batterier

Endelig er selve konstruktionen af batteriernes kemiske sammensætning så fleksibel, at man kan bruge mange forskellige stoffer i de metalliske lag - så hvis man producerer batterierne i Europa kan man bruge råstoffer, som findes dér.

- Det er lokal jord i lokale batterier, smiler Don Sadoway.

Det hører dog med til historien, at de flydende metal-batterier ikke kommer til at havne i vores computere, mobiltelefoner eller andre hverdagsapparater.

De skal bygges sammen som store lagrings-systemer, hvor man altså kan gemme strøm produceret fx fra vind eller sol og tappe fra den senere, når der er brug for elektricitet.

Prøver at gøre de nye batterier til forretning

For at kunne lave teknologien til en forretning har Don Sadoway og hans kolleger på MIT søsat firmaet Ambri, som i nogle år allerede har arbejdet på at strømline processen.

Firmaet håber at kunne have sine batterisystemer parat til salg i løbet af det næste års tid.

Men selv når og hvis produktionen kommer på skinner, så er der en vis risiko for at Ambri ryger af sporet, hvis ikke prisen på de store batteri-systemer er ligeså bæredygtig som den energi, der skal lagres i dem, indrømmer Don Sadoway.

Uanset hvad, så vil Ambris batterier jo kun være en lille brik i det store puslespil - strømmen som lagres i batterierne skal jo også produceres miljørigtigt, hvis det skal hjælpe på udfordringerne med klimaet.

Tættere på kroppen

I den helt anden ende af spektret finder man batterierne fra det nystartede firma Imprint Energy.

Stifter og direktør Christine Ho deltog også i EmTech-konferencen på MIT i oktober for at fortælle om den teknologi, hun selv har været med til at udvikle.

- Vi laver tynde, fleksible og genopladelige batterier som er målrettet til bærbare gadgets, sensorer og andre lignende smådimser, siger Christine Ho.

Et af kerneområderne er altså de såkaldte 'wearables', fx smarte ure eller tøj med indbygget elektronik.

Strøm til de digitale smådimser

Samtidig håber Christine, at vi i fremtiden vil indbygge batterier mange flere steder og i mange flere forskellige typer genstande, og at Imprints batterier dermed kan blive en lille brik i virkeliggørelsen af visionen om et Tingenes Internet, hvor snart sagt alting omkring os får en digital identitet.

En af udfordringerne ved de bittesmå apparater, eller når elektronik skal bygges ind i tøj og smykker er dog, at det kan være svært bare at bruge standardbatterier, som er tunge, hårde og fylder for meget.

I hvert fald håber Christine og Imprint, at deres nye batterier vil finde en niche her med et alternativ, som lægger meget færre begrænsninger på udformningen af apparaterne og deres brug.

Zinkbatterier får nyt liv

De bøjelige batterier er baseret på velkendt, næsten gammeldags, teknologi, nemlig zink, som har været brugt i batterier i over 100 år, siger Christine.

Tricket i Imprint Energy's genopfindelse af zinkbatterierne er, siger Christine Ho, at de har erstattet "slemme kemikalier" som kaliumhydroxiden i mange zinkbatterier med et helt nyt polymer-materiale, som hun selv har skabt i laboratoriet.

Det nye materiale er meget mere stabilt og sikkert, og giver samtidig en række muligheder for at lave batterier i helt nye former, som oven i købet kan bøjes og strækkes, siger hun.

Måske vil vi selv printe fremtidens batterier derhjemme

En lille krølle på historien er, at Imprint Energys batterier ikke bare i sig selv er en interessant kombination af gammelt og nyt - også selve produktionen af dem kombinerer oldgamle trykketeknikker med moderne teknologi.

- Vores batterier bliver 'printet' ligesom når man laver silketryk på t-shirts, siger Christine Ho, omend det er en anelse mere avanceret i praksis.

Men håbet på den lange bane er, siger hun, at vi ligefrem selv derhjemme på en 3D-printer vil kunne "udskrive" batterier i de former og størrelser vi nu har behov for.