Edison-batteri fra Teknisk Ukeblad i 1910.
Edison-batteri fra Teknisk Ukeblad i 1910. (Bilde: Arkiv)

BATTERILAGRING OG HYDROGEN

Denne 119 år gamle oppfinnelsen kan bli en viktig brikke for fornybar energi

Forskere ved det tekniske universitet i Delft i Nederland (TU Delft) har utviklet en ny type batteri som både kan lagre energi og fremstille hydrogen.

Dette hevdes å være første gang hydrogenproduksjon og lagring av energi i batterier kombineres i én og samme enhet. Det skal kunne gi store fordeler i fremtidens fornybare energiproduksjon.

Det til tross for at oppfinnelsen i stor grad er basert på en 119 år gammel oppfinnelse; Thomas Edisons nikkel-jernbatteri.

«Battolyser»

Forskerlaget, ledet av prof. dr. Fokko Mulder ved universtetets avdeling for kjemisk engineering, beskriver enheten som en «battolyser», ettersom den både er et batteri og en elektrolysør.

Prototypen av «battolysøren».
Prototypen av «battolysøren». Foto: Bernhard Weninger et. al, Efficient electricity storage with the battolyser, an integrated Ni-Fe battery and electrolyser, Energy & Environmental Science, 14.12.2016

Målet er å løse et par problemer: Å lagre overskuddsenergi fra fornybare kilder, slik at den kan brukes når produksjonen er lavere.

Samtidig skal det gjøre det mulig å frakte denne overskuddsenergien til steder hvor den kan brukes, eller å lagre energien over lange perioder, slik at energi produsert i sommerhalvåret kan brukes for eksempel i vinterhalvåret når solceller har lavere produksjon.

Dette vil bidra til å gi en stabil elektrisitetsforsyning året rundt, selv med utelukkende fornybar generering av elektrisitet.

Alt i ett

Selv om tanken om å bruke elektrisitet fra batterier tilkoblet strømnettet til elektrolyse slett ikke er ny, er det angivelig første gang begge deler utføres i én og samme enhet.

En artikkel om «battolysøren» ble denne måneden publisert i journalen Energy & Enviromental Science

– Elektrisitet og hydrogen har blitt sett på som to sepratate, til og med konkurrerende, løsninger for energilagring. Med battolysøren har det førte integrerte batteri-elektrolysesystemet som kan lagre og forsyne elektrisitet veldig effektivt som et batteri, og når batteriet er fulladet vil det automatisk begynne å splitte vann til hydrogen og oksygen ved hjelp av elektrolyse, sier Mulder i en pressemelding fra TU Delft.

90 prosent virkningsgrad

En «battolyser» kan brukes til både energilagring og hydrogenproduksjon.
En «battolyser» kan brukes til både energilagring og hydrogenproduksjon. Foto: TU Delft

Han mener at kombinasjonen kan gi en samlet virkningsgrad på inntil 90 prosent. Til sammenligning har et nikkel-jern-batteri alene en virkningsgrad på 60-70 prosent, og vannelektrolyse inntil 70 prosent.

«Battolysøren» skal ifølge Mulder ha vist seg å være stabil under både batteri- og elektrolyseoperasjon, etter lang perioder med intensiv batterisykling og hydrogenproduksjon.

Nikkel-jernbatterier (Ni-Fe) er særlig robuste, og har en levetid på mellom minst 30 og 50 år. Det finnes eksempler på over 80 år gamle batterier som fremdeles fungerer.

Oppfunnet i 1899

Dette er altså ikke ny teknologi, da Ni-Fe-batterier ble oppfunnet av svenske Waldemar Junger i 1899, og patentert og kommersialisert av Thomas Edison i 1901. 

Nikkel-jern-batteriet omtalt i Teknisk Ukeblad i 1910. (Foto: Arkiv)
Nikkel-jern-batteriet omtalt i Teknisk Ukeblad i 1910. (Foto: Arkiv)

Allerede da var det klart at det såkalte Edison-batteriet hadde mindre virkningsgrad en blybatterier, noe Teknisk Ukeblad utførlig omtalte i nummer 13 1910 (se bildet).

Ni-Fe-batterier ble brukt i elbiler tidlig i forrige århundre, og ble produsert av Edison Storage Battery Company fra 1903 til 1972.

Godt kjent teknologi, med andre ord, men ikke særlig energitett. Batteriene holder omtrent 30 wattimer per liter, men har fordeler som at dyp utlading ikke forringer levetiden. Det har også blitt videreutviklet de siste årene.

Til sammenligning har et litiumionbatteri en energitetthet på opp mot 700 wattimer per liter, men en levetid på noe over 1000 ladesykler, som kan bety veldig kort levetid i praksis avhengig av bruksområde.

Tenker nytt om kjente mekanismer

Et av patentene tilknyttet det såkalte Edison-batteriet, basert på Waldemar Jungers nikkel-jernbatteri fra 1899.
Et av patentene tilknyttet det såkalte Edison-batteriet, basert på Waldemar Jungers nikkel-jernbatteri fra 1899. Foto: Google patents

Lav energitetthet gjør slike batterier upraktiske for de fleste applikasjoner hvor mobilitet eller plass er et tema.

Skal de brukes som energilager i elektrisitetsnettet er imidlertid ikke dette et stort tema, da de uansett skal brukes helt statsjonært.

Å bruke slike batterier til hydrogenproduksjon bunner ikke i noen revolusjonerende oppdagelse. At de produserer hydrogengass er en kjent sak, og var faktisk en av årsakene til at Waldemar Junger ikke patenterte oppfinnelsen sin i 1899. 

Forskerne ved TU Delft vil gjøre denne ulempen til en fordel. 

Under opplading vil det dannes nikkeloksidhydroksid fra nikkelhydroksid ved den positive elektroden, og jern fra jernhydroksid ved den negative. Det frigis da henholdsvis hydrogen og oksygen.

I praksis trenger man da bare å fylle på vannbasert elektrolytt etterhvert som denne brukes opp. Ni-Fe-batterier bruker elektrolytt med kaliumhydroksid.

Lagring og transport av energi

Hydrogen kan brukes som energibærer til hydrogenelektriske biler, som Toyota Mirai.
Hydrogen kan brukes som energibærer til hydrogenelektriske biler, som Toyota Mirai. Foto: Eirik Helland Urke

På denne måten håper Mulder at batteri- og hydrogenfraksjonene kan forenes. Overskuddsenergi kan lagres og brukes ved behov, og lagres som hydrogen som kan brukes til for eksempel transport når batteriet er oppladet.

Det er imidlertid ikke slik at du kan kjøpe en «battolyser» med det første.

Utviklingen er fremdeles på et relativt tidlig stadie.  

Prototypen er på størrelse med en murstein, og har en kapasitet på 18 wattimer. Den kan lades med strømstyrker opp til 20 ampere. 

Det neste steget er å skalere forsøket opp til størrelsen av en shippingcontainer, og som forsynes med strøm fra en stor vindturbin. På denne skalaen skal det kunne hånderes megawatt og megawattimer.

Målet er at «battolyser» skal være ferdig testet innen halvannet år. 

Utviklingen har tiltrukket seg finansiering fra flere kommersielle aktører, i tillegg til fra den nederlandske forskningsstiftelsen STW.

Kommentarer (8)

Kommentarer (8)