SeaMAG batterier

Bygger batteri av magnesium, sjøvann og karbon

Er fire til fem ganger mer energitette enn konkurrerende litiumbatterier til marine bruksområder.

Samling rundt batteriet: Forskerne på Sintef har bygget en prototyp på et nytt batteri som kan få stor betydning for kraftforsyning der det ikke er noen fra før. Som dypt nede på havbunnen.
Samling rundt batteriet: Forskerne på Sintef har bygget en prototyp på et nytt batteri som kan få stor betydning for kraftforsyning der det ikke er noen fra før. Som dypt nede på havbunnen. (Foto: Sintef)

Er fire til fem ganger mer energitette enn konkurrerende litiumbatterier til marine bruksområder.

Hei, dette er en Ekstra-sak som noen har delt med deg.
Lyst til å lese mer? Få fri tilgang for kun 235,- i måneden.
Bli Ekstra-abonnent »

I 2018 startet Sintef et forskningssamarbeid med tysk-norske Devologic, tyske Helmholtz HZG og hviterussiske NASB. I prosjektet SeaMAG - High performance SEA water MAGnesium batteries for marine applications, skal de utvikles et magnesiumluftbatteri med svært høy energitetthet.

Med en teoretisk energitetthet på 2.9 kWh/kg er slike magnesiumluftbatterier fire til fem ganger mer energitette enn konkurrerende litiumbatterier til marine bruksområder.

Primærbatteri

SeaMAG-batteriet er et såkalt primærbatteri. Det betyr at batteriet ikke kan lades opp analogt med alkaliske engangsbatterier. Det er imidlertid slike engangsbatterier SeaMAG skal erstatte.

Sintef og de andre forskningspartnerne ser i første omgang for seg å erstatte batterier som brukes til å forsyne undervannsinstallasjoner, som ikke har landkabel eller er koblet til en flytende installasjon, med strøm.

Til slike anvendelser brukes det i dag litiumbatterier (litium thionyl klorid batterier) som er kapslet inn i trykksikre titankasser. Disse er for det første kostbare, og for det andre er det svært strenge krav til transport av slike batterier. Dette skyldes blant annet at de inneholder blant annet litium metall, thionyl diklorid og aluminiumklorid. Litium metall er brannfarlig, og kloridene er giftige. Når disse batteriene er oppbrukte, må de først hentes opp av sjøen før de kan resirkuleres og avhendes hos renovasjonsbedrifter.

– SeaMAG-batteriet har ingen elektrisk energi før det kommer i kontakt med sjøvann, som benyttes som elektrolytt. Dette batteriet bruker ingen farlige kjemikalier, og det er dermed ingen særskilte krav/reguleringer til transport eller resirkulering, sier forsker Kaushik Jayasayee.

Enkelt: Det ser enkelt ut, men ved å utnytte sjøvann og trekke okygen fra vannet blir batteriet både sikkert og veldig energitett. Foto: Sintef

Stort behov

Olje- og gassnæringen trenger nye løsninger for energilagring, for eksempel ved overvåkning av nedstengte oljebrønner. I Norge er det mer enn 193 nedstengte oljebrønner som trenger kommunikasjonsutstyr som får strøm fra batterier.

– Oppdrettsnæring kan være et annet marked der batteriet kan benyttes til å gi strøm til undervannssensorer som kan si noe om vannkvalitet, strømning, temperatur osv, sier seniorforsker Kyrre Sundseth i Sintef.

Mye billigere: I forhold til energitettheten er det nye magnesium- og karbon-batteriet veldig mye billigere enn de som benyttes i dag Foto: Sintef

Opplever problemene i dag

– Som leverandør av elektroniske og mekaniske undervannssystemer til en rekke ulike næringer ser vi stadig utfordringer med installasjoner i spesielt utsatte områder og på dyp hvor det ikke er mulig å ha direkte kobling til land eller til en overflateinstallasjon, sier ingeniør i undervannsteknologi i Develogic, Andrea Birkeland.

Bruk av litiumbatterier krever høy frekvens av service på systemene hvor batteriene må byttes regelmessig. Det medfører store kostnader for fartøy og det påvirker miljøet hvor installasjonen er. Ved å utvikle et batteri med høy energitetthet og lang levetid kan slike problemer reduseres betraktelig. I tillegg fjernes risikoen og sikkerheten ved transport og bruk av batteriet. Med høyere energitetthet kan autonome undervannssystemer også utstyres med mer energikrevende utstyr, som i dag ikke er praktisk gjennomførbart.

Magnesium

Prinsippet for magnesiumluftbatteriet er enkelt. Anoden er rett og slett metallisk magnesium. Katoden består av karbonpartikler som er dekket av et lag med manganoksid, eller andre billige katalysatorer. For å lede ioner mellom anode og katode brukes rett og slett sjøvann.

Manganoksidet i katoden fungerer som en katalysator for å omdanne oksygen til hydroksylioner. Når kretsen lukkes, og det trekkes strøm, løses magnesium opp i sjøvannet og frigjør to elektroner.

Magnesiumionene beveger seg gjennom sjøvannselektrolytten til katoden, og på veien binder magnesiumionene seg til hydroksylioner, som har blitt produsert i reaksjonen mellom oppløst oksygen i sjøvann ved katodeoverflaten. På anoden reagerer magnesium med sjøvann og danner hydrogen, som er en uønsket reaksjon. For å kontrollere denne prosessen har forskerne i SeaMAG-prosjektet derfor utviklet nye magnesiumlegeringer og tilsetningsstoffer.

Leder prosjektet: Forsker i Sintef, Kaushik Jayasayee, leder prosjektet med det nye batteriet. Foto: Sintef

Energitetthet

Jayasayee tror batteriet kan få langt flere anvendelser enn kun på store vanndyp. De ser for seg at SeaMAG-batteriet kan fungere som reservestrøm i basestasjoner, eller til og med i værstasjoner. De tror det kan benyttes over alt der det er behov for en energikilde i områder der det ikke finnes lademuligheter.

– Magnesium er ikke nødvendigvis den beste løsningen på land. Andre alternativer for metalluftbatterier er for eksempel å bruke aluminium og sink i mer alkaliske miljøer, sier han.

Jobber med industrien

Sintef jobber sammen med tysk-norske Develogic. De har i 20 år levert undervannssystemer; mekaniske systemer med fokus på telemetri-løsninger og datainnsamling, hvor litiumbatterier har vært benyttet.

Dette er typiske autonome systemer til bruk i forskning og overvåkning innen havrelaterte næringer. Utfordringene med dagens litiumbatterier er transport, sikkerhet og kostnad. Med det nye SeaMAG-batteriet vil disse utfordringene kunne reduseres. I tillegg vil spesifikasjoner som energikapasitet, vekt og volum forbedres.

Les også

Kommentarer (4)

Kommentarer (4)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå