29.9.2022

Forskare ska 3D-printa nästa generations natriumjonbatterier

Genom ett unikt sätt att kombinera 3D-tryckningsteknik med förnybara material och högtemperaturteknik ska ett tvärvetenskapligt projekt vid Åbo Akademi ta fram en ny generation miljövänligare batterier som baserar sig på natrium i stället för litium.

Den ökande användningen av förnybar energi och elektrifieringen av vårt samhälle skapar ett enormt behov av batterier för elektrisk energilagring. För att undvika en utarmning av jordens mineralresurser krävs därför nya batterikoncept.

Batterier består av två elektroder: en positivt laddad katod och en negativt laddad anod. Mellan dem finns en elektrolyt som vanligen är en flytande vätska som innehåller salter. Projektet SUSTEC vid Åbo Akademi ska utveckla hållbara batterier genom 3D-tryckningsteknik och ersätta litium i batteriets katod med natrium, grafiten i batteriets anod med ett träbaserat kolmaterial och ta fram en fast elektrolyt som integreras med elektroderna.

Natrium är rikligt förekommande i naturen, till exempel i havet, medan litium och olika former av grafit är begränsade resurser som måste brytas i gruvor. Grafit är heller inte optimalt att använda i kombination med natriumjoner, därför kommer forskarna att ta fram ett mera miljövänligt kolmaterial baserat på trä. För det här ändamålet kommer forskarna att använda sig av pyrolys, eller torrdestillation, för att designa porer i materialet som passar för att effektivt transportera natriumjonerna.

– Den del i batteriet som står för transporten av joner mellan anoden och katoden är elektrolyten. Det som är unikt med vårt projekt är att vi kommer att försöka använda biobaserade material för att få fram de rätta egenskaperna för den slutliga fasta elektrolyten, säger Chunlin Xu, professor i de förnybara materialens kemi vid laboratoriet för naturmaterialteknik vid Åbo Akademi.

För att utveckla komponenterna i de nya batterierna kommer forskarna att använda sig av 3D-tryckningsteknik på träbaserade material som nanocellulosa och lignin. Målsättningen är att man i framtiden ska kunna tillverka de slutgiltiga batterierna helt genom 3D-tryckning.

– Energitätheten i ett batteri baserat på natrium är något lägre än i litiumjonbatterier, därför kan vi inte förvänta oss att den nya generationens batterier kommer att bli mer effektiva. Vårt mål och ledstjärna är att göra batterierna mer hållbara. Projektet är ett relevant bidrag till den globala forskningen med flera unika aspekter och en ny, viktig öppning för batteriforskningen vid Åbo Akademi, säger Johan Bobacka, professor i analytisk kemi vid laboratoriet för molekylärvetenskap och teknik vid Åbo Akademi.

Projektet SUSTEC koordineras av Johan Gadolin Processkemiska Centret (PCC) vid Åbo Akademi. Forskningen ingår i profilområdet Teknologier för en hållbar framtid. SUSTEC finansieras med en miljon euro av Jane och Aatos Erkkos Stiftelse för fyra år med start 1.9.2022.

Mera information:

Johan Bobacka, professor i analytisk kemi vid laboratoriet för molekylärvetenskap och teknik vid Åbo Akademi
Telefon: +358 46 920 0208
E-post: johan.bobacka@abo.fi

Chunlin Xu, professor i de förnybara materialens kemi vid laboratoriet för naturmaterialteknik vid Åbo Akademi
Telefon: +358 44 036 2088
E-post: chunlin.xu@abo.fi