Salt-pappersbatterietframtidens. Carl Johan Rydh 2011-04-13

Relevanta dokument
Elbil Fiat 500 E, Arbetsfordon Nimbell Trigo, elcykeln EcoRide, batteridriven trimmer, el scooter Carl Johan Rydh

PRTM:s prognos av försäljningsandel av olika sorters fordon 2020 (globalt) Vid en global tillverkning av 70 miljoner fordon per år

Tryckta transistorer på papper och plast

TriLi Långlivade litiumelektroder för EV och HEV batterier

Fö 13 - TSFS11 Energitekniska system Batterier

Utvärdering av elektroder i helceller: Si-Grafit / NMC

Fordonsindustrins framtida utmaningar: Batterianvändning ur ett fordonsperspektiv. Göran Lindbergh, KTH och SHC Batterifondsprogrammet, 6 april 2016

Lagring av energi. Hanna-Mari Kaarre

Tunga hybridfordon och elektriska vägar

Tillståndsmaskin (Se separat skrift Tillståndsdiagram som hör till föreläsningen) insignal = övergångsvillkor, tillstånd, utsignal Switch Case

Omvärldsanalys Batterier för Elektrifiering

LPF SERIEN FRONTTERMINAL LONGLIFE STANDBY 12ÅR + DESIGNLIFE HIGH PERFORMANCE

Utvärdering av elektroder i helceller: Si-Grafit / NMC

Säkrare batterisystem och elektrifierade fordon

Electromobility drivers and technology. En sammanfattning av Magnus Karlström.

Polymerer för avancerade teknologier: Jon- och protonledande polymerer. Begränsad och avtagande tillgång på fossila bränslen...

Bränslecell. Av: Petter Andersson Klass:EE1b Kaplanskolan, Skellefteå

LPF SERIEN FRONTTERMINAL LONGLIFE STANDBY 12ÅR + DESIGNLIFE HIGH PERFORMANCE

Kemiska beteckningar på de vanligaste atomslagen - känna till jonladdning på de vanligaste olika kemiska jonerna

Laddhybrider och elfordon framtidens miljöfordon. Stefan Montin Elforsk Svenska elföretagens forskningsbolag

Kan mikrobiell elektrokemi tillämpas inom avloppsvattenrening?

Alternativa drivmedel ett försök att bringa reda bland möjligheter och begränsningar med olika drivmedel och tillhörande fordonstekniker.

Simrishamn, VPS, David Weiner, dweiner Utfärdardatum: Sida 1

BATTERITEKNIK & PRODUKTION- STRATEGISK MÖJLIGHET FÖR SVERIGE!

LPF SERIEN FRONTTERMINAL LONGLIFE STANDBY 12ÅR + DESIGNLIFE HIGH PERFORMANCE

Jan-Erik Svensson. Energi och material Institutionen för Kemi och Kemiteknik Chalmers tekniska högskola

Forskningen vid Polymera material och kompositer, Material och tillverkningsteknik, Chalmers. Antal Boldizar

RELATIONEN MELLAN CO 2 OCH CELLULOSA I EN ALKALISK LÖSNING MARIA GUNNARSSON

BATTERY (MATERIALS) CHALMERS - FROM FUNDAMENTALS TO SAFETY TESTS

Elektroteknik MF1016 föreläsning 8, MF1017 föreläsning 6

Svar till Tänk ut-frågor i faktaboken

Omställning av busstrafiken till eldrift

Högtemperaturlitiumbatterier för fordonstillämpningar

Company Presentation

Högkoncentrerade elektrolyter

HUR SKAPAR VI EN HÅLLBAR SJUKVÅRD MED SMARTA MATERIAL OCH MATERIALFLÖDEN. Göteborg 5 april, Ellenor Lennarth

ENERPURE SERIEN TPPL BATTERIER LONGLIFE STANDBY LONGLIFE CYCLE LONGLIFE HIGH TEMP

Laddning av batterier

Produktblad LR6/AA 4-Pack. Produktblad LR03/AAA 4-Pack. Produktblad Duracell CR 2032

Produktblad TXA-815ACCU. Produktblad SAFT Batteri 3,6V. Produktblad Reservdel TXA-500 TXA-600

Produktblad Reservdel TXA-500 TXA-600. Produktblad TXA-815ACCU

Produktblad Duracell Batteri 1,5V 10-pack. Produktblad Batteri SAFT 3,6V. Produktblad Duracell Procell 1,5Volts LR14

Kemisk Lagring - Storskaliga Batterier

Hur en stoppar en handbollsplan i ett snapsglas. Emma Björk Nanostrukturerade material

Svenskt Hybridfordonscentrum. Finansieras av Energimyndigheten och Fordonsföretagen

FAKTABLAD. Batteriinstallation. Volvo Trucks. Driving Progress

Produktblad TXA-815ACCU. Produktblad Reservdel TXA-500 TXA-600

Lennart Östblom.

Batteritillverkning för elbilar klimatpåverkan, återvinning och möjligheter att minska miljöpåverkan

Smart Gridett FUD projekt i Ludvika. Henrik Stomberg

Company Presentation

Nanoelektronik. FAFA10 Kvantfenomen och nanostrukturer HT Martin Magnusson.

Lagring av el i begagnade bussbatterier i Riksbyggen Brf Viva

BATTERIKURS. Kursprogram

PURE LEAD SERIEN TPPL BATTERIER LONGLIFE STANDBY LONGLIFE CYCLE LONGLIFE HIGH TEMP

Har ni några frågor? Fråga en av våra experter Ring:

Lagring av el i begagnade bussbatterier i Riksbyggen Brf Viva

SVENSK STANDARD SS-EN

PowerCell Sweden AB. Ren och effektiv energi överallt där den behövs

Hur lönsamma är laddhybrider i verklig svensk körning? Sten Karlsson

Nya begrepp i elektrokemi

Energilagring lägesöversikt, nyheter och trender

Alla papper, även kladdpapper lämnas tillbaka.

v a r f ö r? v a d ä r t e k n i k e n b a k o m? h u r f o r t k o m m e r d e t a t t g å? v a r s t å r s v e n s k i n d u s t r i?

Flexible Assembly of Environmental Cars

Förnybar energi i trafiken

Fortbildning i elektrokemi för lärare i grundskolan och gymnasiet. KRC, SU,

Strukturella kompositbatterier För bränsleeffektiva fordon

2 Tillverkning av metallpulver vid Höganäs anläggningar Svampverket Pulververket Distaloyverket... 5

The long journey battery

Regional vätgassamverkan öppnar för f r deltagande i FP7

Blockbatterien Industri Batterier / / Motive Power TENSOR.»Det nya optimerade batteriet för högsta prestanda och maximal lönsamhet«

Elektroteknik MF1035 föreläsning 5

Energy KRAFTELEKTRONIK NAV. e-mobility. Transport. Mietek Bakowski Konstantin Kostov. Industry ICT

LADDAT FÖR ELEKTRIFIERING GÄVLE OLLE JOHANSSON VD, POWER CIRCLE

LIKSTRÖM. Spänningsaggregat & Strömaggregat Q=1 C I=1 A. t=1 s. I Q t. I dq dt. Ström

De vanligaste litiumjonbatterierna

Elfordon i samhället. Anders Lewald, Linda Rinaldo, Erik Svahn Energimyndigheten

Kap 8 Redox-reaktioner. Reduktion/Oxidation (elektrokemi)

Produktblad LR03/AAA. Produktblad LR6/AA. Produktblad Duracell Procell 1,5Volts LR14

Produktblad 6LR61/9V. Produktblad 6LR61/9V. Produktblad Batteri CR2025

Produktblad 6LR61/9V. Produktblad 6LR61/9V. Produktblad LR03/AAA 4-Pack. Produktblad LR03/AAA

Produktblad TXA-815ACCU. Produktblad SAFT Batteri 3,6V. Produktblad Reservdel TXA-500 TXA-600

Produktblad Duracell Batteri 1,5V 10-pack. Produktblad Batteri SAFT 3,6V. Produktblad Duracell Procell 1,5Volts LR14

Elbilsutredning Noreens samfällighetsförening. Daniel Norlén

Fortbildning i elektrokemi för lärare i grundskolan och gymnasiet. KRC, SU,

***** Testa laddbara batterier

Kapitel 18. Elektrokemi. oxidation-reduktion (redox): innebär överföring av elektroner från ett reduktionsmedel till ett oxidationsmedel.

Energimyndighetens solcellsverksamhet

Instruction Manual. Svenska, English. Power Bank. Model: PRBN

KEMI 1 MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ

AVANCERADE BATTERILÖSNINGAR HAWKER WATER LESS MINDRE VATTEN FLER KUNDFÖRDELAR

STARTKLAR MED CALIX. Batteriladdarsortiment.

Vätgas och bränsleceller

Tentamen i organisk kemi, KOKA05, 5 hp, Måndagen den 1 juni 2009,

Agenda. 1. Status 2. Reflektioner 3. Teknik och lagertyper, Exjobbspresentation

Mikroprocessorstyrd Batteritestare

Klarar mer än en miljon skruvdragningar.

Arsen gabros rapport Är elbilen framtidens fordon?

Vattenfall & Stockholms Stad. 12. April 2010

Transkript:

Salt-pappersbatterietframtidens koncept? Carl Johan Rydh 2011-04-13

Vem är Carl Johan Rydh? 2004: Doktorsavhandling vid Chalmers: Miljöbedömning av batterisystem 2004-2010: Utvecklingsingenjör vid batterifabriken SAFT AB, Oskarshamn. Chef för Produktlaboratoriet för batteritestning 2011- : Chef för Batteritestcentrum vid ETC Battery and FuelCells Sweden AB i ol. Batteritestning och batteriutveckling 2

Vad gör ETC Battery and FuelCells Sweden AB? ETC AB, www.etcab.se Utvecklingsbolag och kompetenscentrum för att vara ett nationellt energitekniskt centrum med inriktning mot batterier och bränsleceller Överbrygga gapet mellan forskning och industriell produktion genom produktutveckling och pilottillverkning av batterier Batteritestcentrum Oberoende batterilaboratorium för batteritestning och batteriutveckling Avknoppningar Alelion: Tillverkning av batterisystem för elfordon Vätgas Sverige: Intresseförening Omvärldsbevakning batterier och bränsleceller Exempel på projekt Plug-in hybridfordon, Vattenfall & AB, Volvo Cars. ETC först i Sverige med tillverkning av kompletta batterisystem till Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV) Salt-pappersbatteriet (Uppsala universitet) Applikationer & pilottillverkning 3

Frågor Vad är elektriskt ledande polymerer? Vad är ett salt-pappersbatteri? Hur fungerar det? Hur tillverkas det? Vilka egenskaper har det? Var kan det användas? Framtidsutsikter? 4

Vad är en elektriskt ledande polymer? obelpriset kemi 2000 Alan Heeger, Alan G. MacDiarmid and Hideki Shirakawa Utveckling av polypyrrol och andra konduktiva polymerer (Heeger et al. 1977) Dopad polymer= oxidation av polyacetylen med jod skapade elektronhål Elektriska ledningsförmågan ökade 1 miljard gånger! Polyacteylen Referens: http://nobelprize.org 5

Vilka egenskaper har algen grönslick? Övergödning kan orsaka algblomning Råmaterial tillgängligt Algen Grönslick Cladophora sp. består av långa filament av cellulosa Ytarea: 95 m 2 /g Fibertjocklek= 25 nm 95% kristallinitet Hög renhet och stor aktiv yta för kemiska reaktioner Referens: news.therecord.com Cladophora cellulose Surface area 94.7 m 2 /g Referens: Mihranyan et al., Int. J. Pharm., 269 (2004) 433. 6

Vad har algen grönslick med batterier att göra? Forskning vid Uppsala Universitet Utveckling av syntes och tillämpningar: batteri och extraktionsmetoder Cellulosa har hög affinitet för polyaniline och polypyrrole Johnston et al., Synth Metals., 153 (2005) 65 Stor ytarea med ett 50 nm tunt elektroaktivt lager kan skapas Mihranyan et al., J. Phys. Chem. B, 112 (2008) 12249 Cellulosafibrer av algen Grönslick (SEM 50 000 x) Cellulosafiber dopad med polypyrrol (TEM) 50 nm 1 mm 7

Hur tillverkas en elektriskt ledande komposit? 1. Blandning av cellulosa & tillsats av pyrrol 2. Oxidation av pyrrol med järnklorid (FeCl 3 ) leder till polymerisering av pyrrol 3. Polypyrrol fälls ut på cellulosapolymeren 4. Tvättning med 0.5M saltsyra 5. Torkning H Oxidation, e - A - H n - A + + A - Polymerisation * H H H A - + H * n

Kompositens egenskaper Cellulosans porositet bevaras efter dopning Ytaarea 80 m 2 /g 100-120 nm tunna kompositfibrer 40-50 nm lager av polypyrrol Konduktivitet 0.2 to 1 S/cm Arken kan böjas och vridas Oxidation -e Reduktion + e + Cl - Carl Johan Rydh, 2011-04-11 9

Paperweight: A battery made from cellulose A Salt and Paper Battery Swedes Make High Performance Battery with Algae Super-thin batteries made from paper and algae Algae find use in batteries 10

Egenskaper Vad är ett salt-pappersbatteri? Billiga och vanliga material Elektroder av elektriskt ledande polymer Elektrolyt 2M acl (koksalt) Uppladdningsbart batteri/ kondensator baserat på redox reaktioner och laddning av ytor Elektroder= Cellulosa/ polypyrrole (Ppy) komposit Separator= filterpapper Strömledare= grafitfolie Vikt: 3 g Tjocklek: 2.5 mm Yta: 25 x 25 mm 11

Current (A) Hur fungerar ett salt-pappersbatteri? Reaktioner vid urladdning Positiv elektrod (reduktion) (Py 12 ) 2+ 2Cl - + e - (Py 12 ) + Cl - + Cl - egativ elektrod (oxidation) kloridjoner binder in (Py 12 ) + Cl - (Py 12 ) + Cl - + e - Totalt (Py 12 ) 2+ 2Cl - + (Py 12 ) 2(Py 12 ) + Cl - 0.015 0.010 0.005 0.000 Charge capacity: 236 C/g -0.005-0.010-0.8-0.6-0.4-0.2 0.0 0.2 0.4 Potential (V vs Ag/AgCl) Scan 5 Py 12 motsvarar en polypyrrol-polymer med 12 pyrrolenheter 12

Hur tillverkas ett salt-pappersbatteri? Labcell med elektroder 25 x 25 x 1 mm m= 0.5 g/elektrod. U= 0.9 V Kapacitet till 0.2 V vid 20 ma= 1 mah Additive: Ppy= Polypyrrole, PAI= Polyaniline, PTP= polythiophene Materials Processes Electrode synthesis: washing & drying Electrodes attached to current collector Case: plastic foil Stacking of electrodes and separator Sealing of cell and addition of electrolyte Cell Gen 1.1 (plastic foil) Physical characterisation and electrical testing Polymer: Cladophora Current collector: graphite sheet 0.16 mm Separator: Filter paper Electrolyte: 2M acl Design: compression 13

Potential (V) Vilka egenskaper har ett salt-pappersbatteri? Laddning- urladdning Spänning ca 1 V Batteri/ kondensatorkaraktär Hög laddningsmottaglighet (>300C) Hög cyklingsstabilitet 99% av initial kapacitet efter 4000 cykler Energitäthet 7.5 Wh/kg aktivt material (0.5 Wh/kg cell) Li-jon= 90-220 Wh/kg cell Hög självurladdning och låg verkningsgrad 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5000 10000 Time (s) 14

Var kan salt-pappersbatterier användas? Konsumentelektronik Fjärrkontroll Belysning Sensorer Smarta förpackningar Logistikinformation Leksaker Textilier Gardiner Kläder Medicin Engångsdiagnostik Fordon Storskalig energilagring Lagring av solenergi Ledande polymerer Potentialkontrollerade jonbytare (5 mol Cl - /kg) Fastfasextraktion 15

Framtidsutsikter för salt-pappersbatterier? Krav Lägre självurladdning Högre energitäthet Optimering av elektriska egenskaper Utveckling av nya stabila polymerer Olika elektroder med olika redoxgrupper Pågående forskningsprojekt Labtillverkning av celler Optimering av celldesign Demonstration i applikationer 16

Slutsatser Tillverkning av salt-pappersbatteri Cellulosa från grönalg som dopas med polypyrrol ger en elektriskt ledande polymer Elektrolyt av 2 M acl koksalt Billiga och vanliga material Egenskaper Kondensator/ batteri med hög cyklingsstabilitet Energitäthet 7.5 Wh/kg aktivt material (0.5 Wh/kg cell) Utvecklingsmål för praktisk användning Lägre självurladdning Högre energitäthet 17