Forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik på Linköpings universitet (LiU), med professor Xavier Crispin i spetsen, har skapat en termoelektrisk superkondensator som kan laddas av solenergi och där elektrolyten i kondensatorn har 100 gånger högre förmåga att omvandla värme till el än de elektrolyter som normalt används. Forskarna använder heller inga dyra eller farliga material och kondensatorn borde enligt dem vara fullt möjlig att tillverka i industriell skala.

Magnus Jonsson, Zia Ullah Kahn, Dan Zhao och Xavier Crispin har efter år av arbete hittat den rätta elektrolyten.
Foto: Liniköpings universitet

I förenklade ordalag beskriver LiU superkondensatorn som ett energilager, en typ av batteri,  som består av en elektrolyt av laddade partiklar, joner, mellan två elektroder. Laddningen lagras intill elektroderna, oftast i kolnanorör. Ett av de fysikaliska fenomen som forskarna här utnyttjar är att om en superkapacitans utsätts för en temperaturgradient, det vill säga att ena änden är varm och den andra kall, så rusar jonerna mot den kalla sidan och en elektrisk ström uppstår. Den termoelektriska effekten används för att göra el av värme och hur mycket värme som omvandlas till el beror på både på vilken elektrolyt man använder och hur stor temperaturskillnaden är. Forskarna vid Laboratoriet för organisk elektronik har i många år experimenterat med flytande elektrolyter som består av joner och ledande polymerer. De positivt laddade jonerna är små och snabba, medan de negativt laddade polymermolekylerna är stora och tunga. När ena sidan värms och den andra kyls ner rusar de små snabba jonerna mot den kalla sidan, medan de tunga polymerkedjorna blir kvar där de är. Eftersom det är joner och inte elektroner fastnar de vid metallelektroderna. Den laddning som då uppstår lagras i kolnanorör intill metallelektroderna och kan laddas ur närhelst elen behövs.

Superkondensatorn kan laddas så snart det finns en temperaturgradien, en kall och en varm sida. Värmen lagras och kan tas ut i form av el närhelst man behöver den.
Illustration: Linköpings universitet

Dan Zhao, post doc, Hui Wang, även hon post doc och doktorand Zia Ullah Khan, hittade efter år av fruktlösa försök rätt bland polymererna. De fick fram en elektrolyt som uppges ha en 100 gånger högre förmåga att omvandla värme till el än de elektrolyter som normalt används.

– Ännu vet vi inte exakt varför vi får den här effekten. Men faktum är att vi kan konvertera och lagra 2500 gånger mer energi än de bästa av dagens superkondensatorer kopplade till termoelektriska generatorer, säger Xavier Crispin.

Bild: Linköpings universitet

Enligt forskarna innehåller elektrolyten bara ofarliga, enkla och billiga material som är stabila och kan hanteras i rumstemperatur. Den jondrivna termoelektriska superkondensatorn öppnar därför helt nya möjligheter att till exempel lagra solel eller spillvärme från en industriell process . Forskningen har resulterat i två patent och nu hoppas forskarna att resultaten ska leda till en helt ny typ av energilagring som kan massproduceras i industriell skala.

Forskningsresultaten har nyligen publicerats i ansedda Energy Environmental Science. Forskningen har sedan 2014 finansierats av Knut och Alice Wallenberg stiftelse inom ramen för forskningsprojektet ”Tail of the sun” – solens svans.

Länk till artikeln: Ionic Thermoelectric Supercapacitor , Dan Zhao, Hui Wang, Zia Ullah Khan, Roger Gabrielsson, Magnus Jonsson, Magnus Berggren och Xavier Chrispin, Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet, samt C Chen, Xiamen University, Kina. Energy Environmental Science, The Royal Society of Chemistry 2016, DOI 10.1039/C6EE00121A

Filed under: SvenskTeknik