Forskare vid University of Surrey har gjort ett oväntat genombrott inom batteriteknik. Genom att låta vatten vara kvar i ett vanligt förekommande natriumbaserat material har de lyckats dubbla laddningskapaciteten i ett natriumbatteri. Den nya tekniken visar dessutom potential att användas för att avsalta havsvatten – vilket öppnar för kombinerad energilagring och vattenrening.
Resultaten publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften Journal of Materials Chemistry A och kan enligt forskarna bana väg för billigare och mer hållbara alternativ till dagens litiumjonbatterier.
Vatten förbättrar laddningskapaciteten
Traditionellt har forskare tagit bort vatten från det natriumbaserade materialet natrium-vanadat-hydrat (NVOH), eftersom man trott att fukten stör batteriets funktion. Men forskargruppen i Surrey valde att gå emot rådande praxis och lät vattnet vara kvar i materialet.
– Våra resultat var helt oväntade, säger Dr. Daniel Commandeur, projektledare och forskare vid University of Surrey. – Natrium-vanadat har funnits i åratal och man brukar hetta upp det för att driva bort vattnet eftersom det anses skapa problem. Vi bestämde oss för att ifrågasätta det antagandet – och resultatet blev mycket bättre än väntat.
Testerna visade att det nya batteriet lagrade dubbelt så mycket laddning som en traditionell modell. Det kunde också laddas snabbare och höll sig stabilt i över 400 cykler.
Avsaltning av havsvatten som bieffekt
Den kanske mest överraskande upptäckten var att samma teknik kan användas för att avsalta havsvatten. Vattenmolekylerna i NVOH fungerar inte bara som stabilisator för batteriet – de kan även binda upp salter ur havsvatten.
– Att kunna använda natrium-vanadat-hydrat i saltvatten är en riktigt spännande upptäckt, säger Commandeur. – Det innebär att natriumbatterier inte bara kan lagra energi, utan också hjälpa till att ta bort salt ur vatten.
På längre sikt skulle det kunna leda till att havsvatten används som en billig och säker elektrolyt i batterier, samtidigt som färskvatten produceras som biprodukt.
En utmanare till litium – men inte en ersättare
Litiumjonbatterier dominerar idag marknaden för uppladdningsbara batterier, och används i allt från mobiltelefoner till elbilar och energilagring i elnät. Men litium är dyrt, vattenkrävande att utvinna och leveranskedjorna är starkt beroende av Kina.
Natrium erbjuder flera fördelar, enligt James Quinn, vd för brittiska batteriföretaget Faradion:
– Natrium är en mycket mer hållbar resurs än litium. Det är lättillgängligt över hela världen, vilket gör det billigare att utvinna, och kräver mycket mindre vatten. Det går åt 682 gånger mer vatten för att utvinna ett ton litium än ett ton natrium.
Enligt experter är natriumbatterier på väg mot kommersialisering i stor skala. Samtidigt menar forskarna att framtidens batterimarknad kommer att behöva både litium- och natriumteknik. Båda har unika egenskaper som gör dem lämpliga för olika användningsområden.
Att kombinera teknikerna kan bidra till ett mer flexibelt och motståndskraftigt energilagringssystem – särskilt i takt med att elnätet ställs inför nya krav.
Fakta:
Vad är natrium-vanadat-hydrat (NVOH)?
Ett natriumbaserat material som i sin naturliga form innehåller vatten. Tidigare har vatteninnehållet betraktats som en nackdel i batterisammanhang.
Vad är nytt?
Forskarna lät vattnet vara kvar och upptäckte att batteriet blev dubbelt så kraftfullt och samtidigt kunde användas för att avsalta vatten.
Vad betyder det?
Natriumbatterier kan bli ett mer hållbart, billigare alternativ till litiumjonbatterier – med möjlighet till kombinerad energilagring och färskvattenproduktion.
Hur långt har tekniken kommit?
Forskningen är fortfarande i ett tidigt skede men visar på stor potential. Kommersiell användning kan ligga några år bort.
Kritik mot litium?
Litium kräver mycket vatten vid brytning, har negativa miljöeffekter och är föremål för geopolitiska risker, särskilt på grund av beroendet av Kina.
Källor: Oilprice.com, Journal of Materials Chemistry A
