/energi

Billigt batteri kan oplades 40.000 gange

I jagten på batterier, der kan bruges til at stabilisere elnettet, har forskere fra Stanford University i Californien udviklet et genopladeligt batteri, baseret på billige materialer.

Af Bjørn Godske, torsdag 24. nov 2011 kl. 07:29

Batterier, der hurtigt kan optage og afgive energi til et elnet med mange vindmøller, er i høj kurs. Derfor leder forskerne intensivt efter teknologier, hvor materialeomkostninger, virkningsgrad og antallet af opladningscykler tilsammen giver så lav en pris som muligt.

Nu er forskere ved Stanford University, med professor Yi Cui i spidsen, kommet med et bud på sådan et batteri. Det skriver Technology Review.

Princippet i batteriet minder om det, man finder i et almindeligt lithium-ion-batteri. Men elektroderne er langt billigere i de nye batterier, da de er baseret på jern og kobber.

40.000 opladninger
Test af batteritypen viser, at de beholder 83 procent af ladekapaciteten, selv efter at der er blevet op- og afladet 40.000 gange. Til sammenligning holder blybatterier kun til nogle få hundrede op- og afladninger, mens lithium-ion-batterier kan klare omkring 1.000.

Samtidig ligger virkningsgraden i det nye batteri på cirka 99 procent.

Jay Whitacre, der er grundlægger af batteriproducenten Aquion Energy, siger til Technology Review, at selv om batteriet holder til mange op- og afladninger, så er det et problem, at det kun kan opnå en energitæthed på 60 mAh pr. gram batteri. Til sammenligning kan Aquion Energys magnesiumbaserede batteri indeholde 100 mAh pr. gram batteri.

Professor i materialeteknologi ved MIT Donald Sadoway peger dog på, at den vigtigste faktor for enheder til ellagring i elnettet skal regnes i pris pr. energienhed pr. opladningscyklus, og her mener han, at forskerne fra Stanford godt kan stå med en vinder-teknologi.



24. nov 2011 kl 08:01

Benny Olsen

Big size nano batteri

Selv om batteriet holder til mange op- og afladninger, så er det et problem, at det kun kan opnå en energitæthed på 60 mAh per gram batteri.

Hmm,Forfatteren af ingeniørens artikel mener at det er vægten som er største udfordring, original artiklen taler om størrelsen.

Et billigt batteri der kan op og aflades adskillige gange om dagen i 30 år, hvor der tabes mindre end 1% af kapaciteten per fuld cycle, og uden begrænsninger i lade/afladestrømmens størrelse, det er bare et must have.


24. nov 2011 kl 08:06

Glenn Møller-Holst

Wh/kg?

De har opgivet mAh per gram, men der er ikke oplyst spænding/celle, så mWh/gram eller Wh/kg kan pt ikke beregnes.

Selvafladningsgraden per døgn/uge/måned/år er også interessant.

Hvem kan hjælpe?


24. nov 2011 kl 08:06

Michael Eilersen

RE Billigt batteri kan oplades 40.000 ga

Det kunne være rart hvis artiklen indeholdte lidt mere baggrundsviden og teknisk information, f.eks hvad er celle potentialet : "60 mAh per gram batteri" siger jo ikke noget om energitæthenden uden potentialet.
Og hvor stor er energitætheden i forhold til andre typer kemi.


24. nov 2011 kl 08:25

Lindy Madsen

Ikke billigere, blot mere fortjeneste

Tidligere, når jeg læste sådanne nyheder, blev jeg altid glad. Jeg tænkte på at der var fattige i verden, der ville kunne få råd til sådanne teknologier, og at verden nu blev lettere at leve i, fordi udgifterne faldt for os alle.

Nu ved jeg, at hver gang der kommer sådan en nyhed, så træder der en af de 1% rigeste mennesker i verden ind, og overtager projektet. Derefter bliver den billigere produktion blot brugt til at øge fortjenesten ved at bibeholde markedsprisen, eller sætte den op, da det jo er en NY teknologi.

Jeg savner idealisme og udvikling, og bryder mig ikke særlig meget om grådighed.


24. nov 2011 kl 08:43

avatar

Martin Zacho

Re: Wh/kg?

Selvafladningsgraden per døgn/uge/måned/år er også interessant.

Kun i mindre grad, hvis det er et batteri, der ikke skal bruges som et standbybatteri, men bruges til mere eller mindre kontinuerte af- og opladninger. I den situation, vil selv en forholdsvis stor selvafladning forsvinde i mængden og størrelsen af andre tab og omkostninger.

Martin.


24. nov 2011 kl 09:29

Simon Rigét

Re: Ikke billigere, blot mere fortjeneste

Hvis det viser sig at elektroderne ikke er alt for teknisk vanskelige at lave er der den mulighed at nogen kunne udnytte, at det ikke krænker patentet at man producere og videregiver det gratis.
Måske efter samme model som med software: "hardware as a service"?
bare en tanke....


24. nov 2011 kl 10:10

Benny Olsen

Re: RE Billigt batteri kan oplades 40.000 ga

f.eks hvad er celle potentialet

Mener du spændingen over en celle?
De skriver den er ideel, altså næsten samme spænding uanset ladestand, hvad spændingen er på hver enkelt celle må være uden betydning når du køber et batteri, så længe altså at din batterispænding skal være højere end celle spændingen, og til grid brug skal batteri modulerne alligevel stakkes til mere end 1.000V.

Det med det billige handler om den enkelte cycle på batteriet, hovedkomponenten er dyrt kobber, så det billige skal ses i forhold til alternativerne, det er det lave tab og de 40.000 cycle over 30 år der bringer prisen ned.


24. nov 2011 kl 10:56

avatar

Jon Bendtsen

Re: Big size nano batteri

Forfatteren af ingeniørens artikel mener at det er vægten som er største udfordring, original artiklen taler om størrelsen.

Hey, hvis det både er stort og tungt, hvad så med at installere det som i "kælderen" som fundament på alle nye huse?


24. nov 2011 kl 14:10

Michael Eilersen

Re: RE Billigt batteri kan oplades 40.00

Det er helt nede på basal fysikforståelse på gymnasieniveau.
Elektrisk energi måles ofte i Ws eller kWt.

Man kan ikke skrive:
Energitæthed på 60 mAh pr. gram batteri, man mangler cellepotentialet.

P=U*I(t)

Et lithiumbatteri er typisk omkring 3 Volt, et brunstensbatteri er omkring 1.5 Volt, men hvad er potentialet i dette batteri.

Jeg kan som læser ikke sammenligne denne batteri kemi med andre batteri kemier.
Derfor er det uinteressant om batteriet er lavet af billige materialer.


24. nov 2011 kl 14:12

Michael Eilersen

Re: RE Billigt batteri kan oplades 40.00

Ja og det burde vel egentlig have været
E=U*I(t)


24. nov 2011 kl 15:00

Janos Winter

60 mAh/gr

Svarer det ikke til 60 Ah/kg som er hvert fald giver meget bedre energitæthed end en almendeligt bilbatteri gør, lige meget om spændingen er 3V eller 1,5 V?

mvh


24. nov 2011 kl 15:26

avatar

Peter Larsen

RE: 60 mAh/gr

Man kan normalt finde spændingen ved at se på metallets elektriske potentiale (målt i forhold til brint).
Jern: -0,44V
Kobber: +0,34V

Batteriet bør så have en spænding på ca. 0,78V. Det giver ca. 47mWh/gr. Ikke meget, men hvis prisen er lav og der er plads nok måske alligevel brugbart.

Mvh. Peter


24. nov 2011 kl 17:54

Benny Olsen

Re: 60 mAh/gr

Svarer det ikke til 60 Ah/kg som er hvert fald giver meget bedre energitæthed end en almendeligt bilbatteri gør, lige meget om spændingen er 3V eller 1,5 V?

mvh

Hmm, i den sammenhæng skal du nok lige dividere de 60 Ah med mærkespændingen inden du sammenligner vægten mellem de forskellige batteri typer.


24. nov 2011 kl 18:25

avatar

Peter Larsen

Re: 60 mAh/gr

Svarer det ikke til 60 Ah/kg som er hvert fald giver meget bedre energitæthed end en almendeligt bilbatteri gør, lige meget om spændingen er 3V eller 1,5 V?

mvh

Hmm, i den sammenhæng skal du nok lige dividere de 60 Ah med mærkespændingen inden du sammenligner vægten mellem de forskellige batteri typer.

Nej, du skal gange med mærkespændingen, ca 0,78V.


24. nov 2011 kl 20:38

Benny Olsen

Re: 60 mAh/gr

Nej, du skal gange med mærkespændingen, ca 0,78V.

Har du ikke lige skrevet at det er cellespændingen der er på 0,78V, mærkespændingen på det færdige batteri til en solcellepark, vindmøllepark, eller bare på gridden for døgnudjævning vil sikkert være på tusinder af volt.

Det ville også være bedre om det var mWh per gram der blev oplyst, under alle omstændigheder er det lidt tåbeligt at gå så meget op i vægten, batteriet skal jo bare sættes i en lagehal, hvor det skal blive stående de næste 30 år.


25. nov 2011 kl 08:32

Michael Eilersen

Re:Re: 60 mAh/gr

kære Benny,

Nej det er faktisk meget relevant hvor stor din lagerhal skal være .

På Dongs hjemmeside kan man finde følgende oplysninger on Amagerværket:

"Den samlede produktionskapacitet for Avedøreværkets to blokke er på 810 MW el og 915 MJ/s varme."

Så hvis vi tænker os at vi skal lagre vindmølle energi svarende til 1 times elforbrug fra Avedøreværket ved fuld last og vi tænker os at virkningsgraden ved omsætning fra 0,78V DC til f.eks 10.000 V AC er 100 % (hvilket den jo nok ikke er i praksis), så skal din lagerhald kunne rumme et batteri på:

810 MWh = 810 * 10^6 Wh

1 gram batteri indeholder:

47 mWh = 47*10^-3 Wh

Så der skal bruges følgende antal gram batteri til det:

810 * 10^6 Wh/47*10^-3 Wh = 1.7*10^10 g.

Et ton er 10^6 g (1000g = 1kg, og 1 ton = 100 kg )

Så din lagerhald skal indeholde 17 tusinde ton batteri.

Hvis havldelen af batteriets vægt er kobber og prisen på et ton kobber er 10000 dollar (set på nettet), så koster din lagerhal (alene i kobber)
17*10^3 * 10000 dollar = 1.7*10^8 dollar, det er jo et svimlende beløb.


25. nov 2011 kl 08:36

Michael Eilersen

Re:Re:Re: 60 mAh/gr

Et ton er 10^6 g (1000g = 1kg, og 1 ton = 100 kg )

Her skulle det have været
Et ton er 10^6 g (1000g = 1kg, og 1 ton = 1000 kg ), men beregningerne skulle vist være rigtige.


25. nov 2011 kl 16:43

Benny Olsen

Re: 60 mAh/gr

Hvis havldelen af batteriets vægt er kobber og prisen på et ton kobber er 10000 dollar (set på nettet)

Kobber koster 7.300$ per ton, og så kræver det en del forarbejdning før det kan bruges til batterier.
http://www.lme.com/copper.asp....asp


26. nov 2011 kl 02:14

Søren Lund

Re: 60 mAh/gr

60 Ah/kg lyder da formidabelt, hvis effekttæthed og cykluslevetid er så høj, som der gives udtryk for.

Der står at batteriet minder om et "almindeligt lithium ion batteri" - som efterhånden tæller omkring 10 basisteknologier, med et væld af varianter, alle med cellespænding på mellem 2,7-3,8 V midt på ladekurven.

De mest kendte er Lithium koboltoxid (LiCoO) og Lithium Jernfosfat (LiFePO4).

LiCoO har relativt høj energitæthed som kan varieres med indholdet af kobolt, alt efter om de skal bruges til laptop's eller håndværktøj. 150-250 Wh/kg er normalt for disse.

Med 3,6-3,7V, svarer det til 40-70 Ah/kg, men cykluslevetiden er sjældent højere end 1000 cykler, og forringes med høj energitæthed.

LiFePO4 har lavere energitæthed, typisk 90-100 Wh/kg, som ved 3,2-3,3V kun svarer til omkrung 30 Ah/kg. Til gengæld har de betydeligt højere effekttæthed og klarer typisk over 2500 ladecykler ved min. 1C.

Som undtagelse kan A123's LiFePO4 batterier med nanostruktur både klare relativt høj energitæthed (ca 120 Wh/kg) og høj effektæthed (op til 30C) samt cykluslevetid på over 3000 fulde cykler ved over 1C.

Den absolut højeste effekttæthed og cykluslevetid blandt kommercielt modne Li-Ion batterier findes i Lithium Titanat batterier, men her er energitætheden helt nede på 70 Wh/kg, som med 2,7V svarer til ca 25 Ah/kg.

Generelt hænger energitæthed sammen med relativt høj indre modstand i cellerne, som igen hænger sammen med lav effekttæthed, cykluslevetid og virkningsgrad, p.g.a. relativt høj varmeudvikling ved belastning.

Der er derfor i mine øjne ganske revolutionerende, hvis man kan opnå så høj cykluslevetid, så høj effekttæthed ("Batterier, der hurtigt kan optage og afgive energi" står der jo) og så høj virkningsgrad - og så samtidig opnå energitæthed på niveau med de mest dopede LiCoO-celler.

Det magnesiumbaserede batteri der sammenlignes med, er slet ikke noget Li-Ion batteri, og minder heller ikke om det. Det er et sodium-batteri, med ret lav effekttæthed og middel cellespænding på under 1,5V.


Ny i debatten? Opret en brugerkonto

  • Seneste nyt
  • Mest læste
  • Topdebat
Populært på Facebook
 

Nyhedsbrev

Tilmeld dig vores nyhedsbrev.

Eksterne links om klima
Klimadebat.dk