Steg mot mer effektivt miljövänligt batteri

Forskare vid Chalmers tekniska högskola har utvecklat en ny form av det Nobelprisbelönade supermaterialet grafen som förbättrar prestandan hos batterier som bygger på natrium.

Grafen består av ett enda lager av kolatomer. Genom att fästa molekyler på ena sidan och sedan stapla flera lager på varandra blidas en struktur som passar perfekt för natriumjonerna.

– De trivs väldigt bra, och det visar att vi kan skräddarsy grafenskikt på det här sättet, säger Aleksandar Matic, professor vid institutionen för fysik vid Chalmers och en av författarna till studien som publicerats i Science Advances.

Dagens batterier i elbilar, telefoner och bärbara datorer bygger på litiumjoner som vandrar mellan anod och katod. Litiumbatterier innehåller oftast även nickel och kobolt. Men dessa metaller är dyra och finns i begränsad mängd. Brytningen är också förknippad med både miljömässiga och sociala problem.

Att i stället använda den vanliga metallen natrium skulle kunna ge både billigare och mer miljövänliga batterier. Utvecklingen av natriumbatterier har pågått länge och nyligen presenterade ett av världens största batteriföretag ett natriumbatteri tänkt att börja tillverkas i stor skala 2023. En nackdel är dock att det har ett lägre energiinnehåll per kilo.

Eftersom natriumjoner är större än litiumjoner krävs en annan kemi. I litiumbaserade batterier används grafit, i princip tätt packade lager av grafen, i den negativa elektroden, anoden. Men grafit fungerar inte med natriumjoner. Det är här Chalmersforskarnas grafen kommer in. Genom molekylerna på ytan, som fungerar som distansklossar, får anoden nästan samma kapacitet för natrium som för litium.

I dag använder företagen som utvecklar natriumbatterier en oordnad form av kol, i princip vanlig träkol, som anodmaterial.  Det kommer dock att dröja innan Chalmersforskarnas grafen kan användas i kommersiell produktion.

– Tillverkningen är fortfarande på hantverksnivå. Ska det göras i bulk i framtiden behöver processen bli både enklare och mer effektiv, säger Aleksandar Matic.

Han tycker att det är både roligt och spännande att en stor batteritillverkare nu presenterat ett natriumbatteri.

– Det finns många lovande nya batterikemier men en stor fördel med natrium är att det går att använda samma produktionsprocess som för litiumjonbatterier.

Flera mindre företag utvecklar också natriumbatterier. Ett av dem är Altris som startats av forskare vid Uppsala universitet och som utvecklat ett natriumbatteri med en katod av preussiskt vitt – ett material bestående av natrium, järn, kol och kväve.