Det revolutionerande batteriet
Luping Tang och Emma Zhang, forskare vid Chalmers tekniska högskola, har utvecklat det första återuppladdningsbara cementbaserade batteriet.
TEXT: MIKAEL BERGLING • FOTO/ILLUSTRATION: CHALMERS
Broar och hus byggs för att stå i lång tid, kanske 50 eller 100 år. Det gör att cementbaserade batterier antingen måste ha lika lång livslängd eller så behöver vi hitta en teknik för att byta ut dem när deras livslängd är över.
Kanske kommer man i framtiden kunna bygga uppladdningsbara höghus.
– Det är målet. Med tanke på alla byggnader som använder betong finns det en jättestor potential i att bygga bland annat hus med konstruktionsdelar av funktionell betong, säger forskaren Emma Zhang, som har utvecklat batteritekniken tillsammans med Luping Tang, professor på avdelningen för byggnadsteknologi på Chalmers tekniska högskola i Göteborg.
De har under flera år tillsammans arbetat med att ta fram den första prototypen på ett återuppladdningsbart cementbaserat batteri.
Emma Zhang, som kommer från Tianjin sydost om Peking i Kina, flyttade 2008 till Sverige för studier på Chalmers och blev som doktorand del av en av professor Luping Tangs forskningsgrupper kring byggnadsmaterial.
Emma Zhang.
Arbetet med att utveckla återuppladdningsbara cementbaserade batterier är en del av hennes postdocprojekt.
Hon berättar att grunden i konceptet utgörs av en cementbaserad mix där kolfiber blandats i för att ge ledningsförmåga och böjhållfasthet.
Batteriets positiva sida – anoden – består av en kolfiberväv som fått en beläggning av järn. Den negativa sidan – katoden – har på motsvarande sätt en kolfiberväv belagd med nickel. Däremellan finns en alkalisk elektrolyt.
Det har tidigare publicerats studier kring cementbaserade batterier.
– Men de har visat på väldigt låg batterieffekt. Konceptet som vi utvecklat, och som inte tidigare prövats, tyder i labbmiljö på upp mot en tiofaldig förbättring mot tidigare försök att utveckla liknande koncept. Men för att det här ska få en praktisk tillämpning behöver vi öka batterikapaciteten ytterligare. Å andra sidan är många byggnader stora, vilket gör att det får plats många batterier i dem.
Energitätheten i det cementbaserade batteriet är låg jämfört med exempelvis dagens kommersiella batterier. I genomsnitt har det cementbaserade batteriet i laboratorieförsök kunnat lagra motsvarande 0,8 wattimmar per liter vilket kan jämföras med de omkring 300 watttimmar per liter som litiumjonbatterier i elbilar kan lagra.
Luping Tang.
Hur viktigt är det att batterierna är uppladdningsbara?
– Det är helt avgörande. Om inte batterierna är återuppladdningsbara och bara kan användas en gång är detta bortkastat, säger Emma Zhang.
Möjlighet att i stor omfattning använda exempelvis byggnader och broar i betong för lagring av betydande mängder energi skulle kunna bli ett stort bidrag till den framtida energiförsörjningen, även om betong är omtvistat ur hållbarhetssynpunkt.
I mindre skala skulle cementbaserade batterier tillsammans med solpaneler kunna driva LED-lampor och 4G-nät på avlägsna platser. De skulle också kunna användas i sensorer som monteras på broar, tunnlar eller i hamnar för att tidigt kunna upptäcka sprickor och korrosion eller fungera som katodskydd mot armeringskorrosion i betongkonstruktioner.
För att tekniken ska kunna kommersialiseras behöver den utvecklas ytterligare, det gäller inte minst batteriets livslängd.
– Broar och hus byggs för att stå i lång tid, kanske 50 eller 100 år. Det gör att cementbaserade batterier antingen måste ha lika lång livslängd eller så behöver vi hitta en teknik för att byta ut dem när deras livslängd är över.
– Professor Luping Tang och jag arbetar vidare med detta och försöker bland annat bygga en lite större demo.
Hur går det?
– Det ser lovande ut, även om projektet fortfarande innehåller stora utmaningar och risker. Men potentialen är stor, säger Emma Zhang, som numera är verksam om seniorforskare vid teknikföretaget Delta of Sweden i Halmstad.
Forskningsprojektet finansierades av Energimyndigheten.
Fakta
Studien
• Rechargeable Concrete Battery. Tidskriften Buildings, 2021.
