Li-Sulfur batteries - a sustainable technology for large scale storage applications

Dagens stora användning av fossila resurser i form av kol, olja och gas utgör ett av människans allra största problem, både ekonomiskt och miljömässigt med utsläpp och klimatförändringar till följd. De största utsläppskällorna kan spåras till transport och energisektorerna. För att få till stånd en hållbar utveckling i dessa sektorer krävs nya teknologier för att bättre hushålla med energi och för att bättre använda förnybara resurser som sol- och vindkraft. En nyckel i detta sammanhang är bättre, billigare, och miljövänliga batterier som kan lagra så stora mängder energi att t.ex. plug-in-elbilar med rimlig räckvidd och back-up-enheter för stora elnät blir överkomliga realiteter. I utvecklingen av nya energilagringsteknologier är det inte bara kapaciteten som man ska titta på. Det är lika viktigt att de nya teknologierna i sig är hållbara, genom att exempelvis vara baserade på material som inte är sällsynta och som har liten miljöpåverkan. Lika viktigt är att de nya teknologierna har ett konkurrenskraftigt pris för att få en stor spridning, inte minst i utvecklingsländer där stora befolkningsgrupper behöver transporter och där energiförbrukningen ökar. Dagens mest avancerande och dominerande kommersiella batteriteknik är Litium-jon batterierna vilka återfinns i snart sagt allt, från mobiltelefoner och gräsklippare till hybridbilar. Efter några decenniers utveckling har de nästan nått taket på sin potential. Nästa stora utvecklingssteg inom batterifältet kräver helt ny teknologi och därmed nya material. I det här forskningsprojektet fokuserar vi på en av de mest lovande teknologierna: Litium-Svavel batteriet och på de största utmaningarna som den teknologin har. Förutom en hög teoretisk energitäthet har Li-svavel teknologin en fördel i att svavel är ett mycket vanligt förekommande grundämne och att det har en liten miljöpåverkan. Den här teknologin har således stor potential i ett hållbart utvecklingsperspektiv. Det är inte så svårt att tillverka ett litium-svavel batteri med en energidensitet 3-5 ggr så hög som dagens litium-jon batterier (den teoretiska skillnaden är nästan en faktor 10). Den stora utmaningen är att göra ett hållbart system som kan laddas upp flera tusen ggr med bibehållen prestanda eftersom. Orsaken till detta är att svavlet i dagens elektrodmaterial inte är stabilt i de konventionella elektrolyterna som används. Under upp- och urladdning bildas polysulfider som löser sig i elektrolyten. Därmed tappar man kapacitet i katoden. Dessutom kan polysulfiderna migrera till anoden och orsaka sidorektioner så att kapaciteten ytterligare minskar. Att förstå hur man kan påverka löslighet och migration av polysulfiderna är den enskilt största utmaningen inom Litium-svavel teknologin. I det här forskningsprojektet inriktar vi oss mot en utveckling av nya elektrolyter baserade på termiskt och kemiskt stabila jonvätskor inneslutna i polymera membran. Vi kombinera expertis inom det material-elektrokemiska energiområdet med avancerad materialkarakterisering och elektrokemisk cykling av hela Litium-svavel celler. Vi vill ta reda på hur stabilitet och nedbrytningsprocesser sker genom både in situ och ex situ studier. En ny doktorand kommer att vara centralfigur i projektet och ger både kunskapsuppbyggnad inom en för framtiden viktig energiteknologi och utbildning av ny forskare in det området. Starka kopplingar finns redan till nationella såväl som internationella tillämpade forskningsprogram inom batteriområdet.

Participants

Aleksandar Matic (contact)

Professor at Applied Physics, Condensed Matter Physics

Funding

Formas

Funding years 2012–2015

Related Areas of Advance and Infrastructure

Materials Science

Area of Advance

Transport

Area of Advance

Energy

Area of Advance

Sustainable Development

Chalmers Driving Force

More information

Latest update

2015-11-04