Energilagringen som säkrar eleffekten

Sanna Lander, Linköpings universitet, utvecklar i sin doktorsavhandling metoder för att producera biobaserade membran för elektrokemiska energilagringssystem.

Ökad elektrifiering och minskad användning av fossila bränslen är två vik-
tiga åtgärder för att minska utsläppen av växthusgaser och begränsa klimatförändringarna.

Den kraftiga utbyggnaden av förnybara energikällor som nu pågår – sol- och vindkraft till exempel – är ett svar på frågan hur det ska gå till.

Men det är också ett svar som leder fram till en del utmaningar, inte minst när det gäller att säkerställa att det vid varje tidpunkt finns tillräckligt med effekt i elsystemet.

Detta oavsett hur mycket eller lite som vind- och solkraftverken just då producerar.

I sin avhandling menar Sanna Lander att ett sätt att öka mängden intermittenta energikällor, samtidigt som ett stabilt nät och strömför­sörjning upprätthålls, är att använda storskaliga system för att lagra energi som därefter kan användas efter behov.

– Ett av de mest lovande energilagringssystemen för detta ändamål är så kallade redoxflödesbatterier.

Det är stationära batterier där energin finns i elektrolyten utanför själva cellen, likt en bränslecell.

– Att uteffekten och den totala energilagringskapaciteten är frikopplade ifrån varandra, det förra relaterar till området för den elektrokemiska cellen och det senare till mängden elektrolyt, är en stor fördel. Det gör att stora elektrolyttankar kan användas för att lagra enorma mängder energi, till exempel från sol- och vindkraftverk.

Bland annat redoxflödesbatterier och bränsleceller är beroende av selektiva membran för att fungera. Ett sådant kan förenklat liknas vid en portvakt som bara släpper igenom vissa molekyler samtidigt som det blockerar andra.

I dag tillverkas moderna jonselektiva membran ofta av PFAS-baserade material, vilket är problematiskt ur bland annat miljö- och hälsoskäl. Dessutom pågår det inom EU ett arbete med att förbjuda den typen av material.

– Att kunna ersätta PFAS-baserade membran med lika funktionella komponenter tillverkade av biobaserade material skulle vara ett stort steg framåt, konstaterar Sanna Lander.

Stora elektrolyttankar kan användas för att lagra enorma mängder energi, till exempel från sol- och vindkraftverk.

Efter masterexamen i fysik vid Karlstads universitet började hon 2017 arbeta som labbingenjör vid dåvarande Billerudkorsnäs – i dag Billeruds – pappersbruk i Grums.

– Jag hade från början inte tänkt att arbeta inom skogsindustrin, och heller inte läst någon kemi på universitet, men ville av privata skäl vara kvar i Värmland efter examen.

Efter en tid sökte hon och fick en ny tjänst på Billerud som industridoktorand kopplad till Linköpings universitet – campus Norrköping – och det då nystartade Digital Cellulose Center.

Centret forskar bland annat kring hur man kan använda cellulosa i olika typer av elektronik och energisystem.

– Inriktningen på mitt doktorandprojekt var cellulosabaserade membran och separatorer i energilagringssystem, främst redoxflödesbatterier.

I arbetet med sin avhandling nyttjade Sanna Lander modifierade nanofibriller – de minsta fibrerna i växtcellväggen – av cellulosa som startmaterial för att utveckla en ny typ av biobaserade selektiva membran för bland annat elektrokemiska energilagringssystem.

– Vi använde oss av pappersfiber, blekt långfiber som man annars gör vitt papper av och som vi har god tillgång till i Sverige. Med hjälp av kemisk modifiering går det att förändra ytan och därmed membranens egenskaper, vad det släpper igenom och vad det inte släpper igenom

– I en bränslecell, till exempel, ska membranet vara en barriär mot en gas. I flödesbatterier ska det vara en barriär mot de större molekylerna i elektrolyten. Det gäller att få till en bra kombination av egenskaper för att det ska fungera bra.

I dag arbetar Sanna Lander som membranspecialist på startup-företaget Cellfion med ursprung på Kungliga tekniska högskolan (KTH), Linköpings universitet (LIU) och till viss del även i hennes doktorandprojekt.

Text: Mikael Bergling