Bambus og vand kan løse et af batteriets største problemer

Et hold forskere har udviklet en ny type plantebaseret batterimembran, der kan give billigere, mere sikre og markant mere holdbare batterier. Løsningen er overraskende enkel: en vandbaseret hydrogel fremstillet af cellulose og bambusfibre – og den angriber et af batteriteknologiens mest sejlivede problemer direkte.

I såkaldte vandbaserede zink-ion-batterier opstår der nemlig ofte såkaldte dendritter. Det er små, nåleagtige krystalstrukturer af zink, som vokser frem under opladning. Over tid kan de gennembore batteriets indre membran og skabe kortslutning. Resultatet er batterier, der dør længe før tiden – ofte efter få ugers brug.

Fra planter til batteribeskyttelse

Forskerne fra South China University of Technology valgte at vende blikket væk fra traditionelle, syntetiske materialer og i stedet bruge cellulose – det samme grundstof, som planter er bygget af. Cellulosen blev først opløst og omdannet til en stærk, geléagtig struktur. Derefter blev den forstærket med ekstremt tynde nanofibre udvundet af bambus.

De mikroskopiske bambusfibre gør to ting på én gang: De gør gelen langt mere robust, og de skaber en slags kemisk motorvej for zink-ionerne inde i batteriet. Ionerne bevæger sig næsten dobbelt så hurtigt som i traditionelle plantebaserede materialer – og uden at danne de ødelæggende dendritter.

Holder næsten ti gange længere

I direkte sammenligninger klarede den nye membran sig markant bedre end de glasfiber-separatorer, der typisk bruges i dag. Hvor konventionelle løsninger ofte bryder sammen efter omkring 120 timers brug, fortsatte batterier med den nye hydrogel stabilt i op til 1.100 timer.

I fulde battericeller kunne teknologien klare omkring 1.000 opladninger og stadig bevare cirka 80 procent af kapaciteten. Det er et niveau, der overgår mange eksisterende vandbaserede batteriløsninger.

Samtidig viste testen, at batterierne fungerede stabilt under høje belastninger og ved temperaturer op til 45 grader – forhold, der normalt slider hårdt på billigere batterityper.

Billigere, grønnere – og let at genanvende

Ud over holdbarheden er økonomien måske det mest opsigtsvækkende. Råmaterialerne – cellulosepulver, bambus og boraks – er billige standardvarer. Sammenlignet med kommercielle alternativer koster det, ifølge forskerne, kun omkring otte procent af prisen at fremstille én kvadratcentimeter af den nye biomembran.

Produktionen kan desuden skaleres med metoder, der minder om klassisk papirfremstilling. Og når batteriet engang er udtjent, er bortskaffelsen enkel: membranen kan opløses fuldstændigt på få timer ved hjælp af en enzymopløsning – uden farligt affald.

Mere end bare zink

Teknologien er heller ikke låst til zink. Forskerne peger på, at den samme plantebaserede kemi potentielt kan tilpasses natrium- eller aluminium-batterier, som ofte nævnes som fremtidige alternativer til lithium.

Studiet er offentliggjort i Journal of Bioresources and Bioproducts og kan på sigt få betydning for alt fra stationær energilagring til fleksible batterier i wearables og smart-tøj.

Kort sagt: Hvis løsningen kan skaleres industrielt, kan noget så jordnært som bambus vise sig at være nøglen til næste generation af sikre, billige og mere bæredygtige batterier.

Bambus og vand kan løse et af batteriets største problemer