Chalmers har lyckats med något unikt – att utveckla ett återuppladdningsbart cementbaserat batteri. Tekniken öppnar nya möjligheter för att lösa energikrisen samtidigt som den kan bidra till att lösa underhållsproblem i betong- och armeringskonstruktioner.
Efter många års samarbete har forskaren Emma Zhang och professor Luping Tangs lyckats att utveckla världens första återuppladdningsbara cementbaserade batteri som nu öppnar spännande möjligheter inom flera områden.
Konceptet för batteriet utgörs av en cementbaserad mix där kolfiber blandats i för att ge ledningsförmåga och böjhållfasthet. Inbäddat i mixen ligger en metallpläterad kolfiberväv: järnpläterad i anodlagret och nickelpläterad i katodlagret.
– Tekniken kan exempelvis användas tillsammans med solpaneler för att ge elektricitet och som källa för så kallad strukturell hälsoövervakning i konstruktioner som vägbroar och hamnar, där sensorer drivna av ett cementbaserat batteri kan upptäcka sprickor eller korrosion. Vi ser också framför oss att denna teknik i framtiden kommer att innebära hela byggnader med konstruktionsdelar av funktionell betong, säger Emma Zhang och förklarar att konceptet att använda byggnader och infrastruktur för lagring av stora volymer energi skulle kunna vara ett revolutionerande bidrag till att lösa energikrisen.
Men forskarna ser även andra möjligheter. Exempelvis skulle cementbaserade batterier kunna användas för att driva LED-belysning och 4G-uppkoppling eller dylikt på avlägsna platser, eller som katodskydd mot armeringskorrosion i betongkonstruktioner. Betong, som baseras på cement, är världens mest använda byggmaterial, men också omtvistat ur hållbarhetssynpunkt. Potentialen i att addera funktionalitet ger den dock en ny dimension.
– Resultat från tidigare publicerade studier kring teknik för cementbaserade batterier har visat på väldigt låg batterieffekt, så vi insåg att vi behövde tänka utanför boxen. Konceptet vi utvecklat – som också är återuppladdningsbart – har aldrig tidigare prövats. Men vi har nu en metod som fungerar väl i labbskala, berättar Emma Zhang.
Luping Tang och Emma Zhangs forskning har resulterat i ett återuppladdningsbart cementbaserat batteri med en genomsnittlig energitäthet på 7 wattimmar per kvadratmeter (eller 0.8 wattimme per liter). Måttet energitäthet används för att beskriva kapaciteten, och försiktiga uppskattningar av prestandan tyder på en tiofaldig förbättring mot tidigare försök att utveckla liknande koncept. Energitätheten är dock låg jämfört med dagens kommersiella batterier – men med fördelen att det kan användas i mycket stora volymer i byggda strukturer.
Det cementbaserade batteriet befinner sig dock fortfarande på ett tidigt stadium. De tekniska utmaningarna som måste överbryggas för att kunna kommersialisera tekniken handlar främst om batteriets livslängd och att utveckla hållbara återvinningsmetoder.
– Då våra byggda strukturer konstrueras för att stå i femtio till hundra år så måste cementbaserade batterier antingen utvecklas så att de matchar detta, eller kompletteras med en teknik för utbyte och återvinning då dess livslängd är slut. I nuläget är innebär det en stor utmaning utifrån den tekniska synvinkeln, säger Emma Zhang.
BREAKING