Forskarnätverk BRUM samlar forskare vid Umeå universitet som arbetar med batterier, med fokus på natriumjonteknik: elektrodmaterial, prestanda i kalla klimat, separatorer och solid state-elektrolyter samt återvinning av litiumjonbatterier. Arbetet finansieras av Vetenskapsrådet, Energimyndigheten, Kempestiftelserna och Toyota Motor Europe.
Natrium är ett rikligt förekommande, billigt och geografiskt utbrett grundämne. Det gör natriumjonbatterier attraktiva för energilagring i elnätet och för tillämpningar där kostnad och försörjningstrygghet är viktigare än låg vikt. Tekniken är mindre mogen än litiumjontekniken, och många av de material som utvecklats för litium fungerar inte för natrium. Natriumjonbatterier kräver därför material som är särskilt utvecklade för denna teknik från början.
Batteriers prestanda försämras kraftigt i kyla, vilket minskar både kapacitet och livslängd under en nordisk vinter. Inom projektet Batteries for the North (Kempestiftelserna, JCSMK24-511, 2025–2027) utvecklar forskargrupper Kemiska institutionen och Institutionen för Fysik, däribland Eduardo Gracias forskargrupp, nya katod-, anod- och separatormaterial för att förbättra natriumjonbatteriers prestanda vid låga temperaturer.
Ett batteris spänning bestäms av skillnaden i redoxpotential mellan dess två elektroder: anoden behöver redoxprocesser vid låg potential och katoden vid hög potential. Båda elektroderna måste dessutom kunna ta upp och avge natriumjoner reversibelt, och natrium är för stort för grafit, som är standardanoden i litiumjonbatterier.
Oxider av niob, volfram, vanadin, tantal och molybden är attraktiva eftersom dessa metaller har flera tillgängliga oxidationstillstånd. Deras redoxpotentialer kan därför anpassas genom sammansättning och struktur. Med stöd från Kempestiftelserna (JCSMK22-0094) utvecklar vi sådana oxider som elektrodmaterial, delvis genom att använda polyoxometalater som molekylära byggstenar. Vi utvecklar också glaskeramiska elektrodmaterial.
Litiumjonbatterier använder väletablerade separatorer av polyolefiner, men natriumjonbatterier saknar ännu en motsvarande standardlösning. Erfan Mehmandar Oskuei, doktorand vid Kemiska institutionen, utvecklar elektrospunna separatorer för natriumjonceller. Elektrospinning ger tunna, mycket porösa fibermattor vars struktur kan styras under tillverkningen, vilket gör metoden väl lämpad för att anpassa separatorer till natriumjonkemin.
Projekt SEBASTIAN
Dr Katarzyna Jankowska leder projektet SEBASTIAN, som finansieras av Energimyndigheten, och utvecklar cellulosabaserade separatorer för natriumjonceller. Dr Jankowska är verksam vid Kemiska institutionen, Umeå universitet.
Xiaojing Xu, doktorand vid Kemiska institutionen, utvecklar en vattenbaserad metod för direkt återvinning av komponenter från litiumjonbatterier. Metoden undviker att batterierna mals ned och fungerar för flera olika typer av litiumjonbatterier. Projektet genomförs i samarbete med Toyota Motor Europe inom den Företagsforskarskolan.
Läs mer om samarbetet med Toyota.
Ett batteri är bara så hållbart som de material det består av. Vi undersöker förnybara och avfallsbaserade råvaror för batterikomponenter, bland annat biomassa från den boreala skogen som källa till hårt kol, vilket är det standardiserade anodmaterialet i kommersiella natriumjonceller.
Genom att ersätta brandfarliga flytande elektrolyter med fasta material kan batterier göras säkrare. Det fasta materialet måste dock ha god ledningsförmåga för natriumjoner och samtidigt vara stabilt mot båda elektroderna. Glaskeramiska material är ett attraktivt alternativ eftersom deras ledningsförmåga kan anpassas genom sammansättning och värmebehandling. Vi bygger vidare på vårt arbete med glaskeramiska elektrodmaterial för att utveckla glaskeramiska fastfas-elektrolyter.
Lorem Ipsum
