Side 12

lagring af sol- og I KEMITEKNIK vindelektricitet Stationære batterier – kræver nye billige materialer med lav miljøpåvirkning Verden over forskes der intensivt i nye, billige vandige batte til lagring af sol- lagring af strøm fra vindmøller og solceller. To af de stoffer, forskes i, er organiske antrakinoner som anode og uorgani og vindelektricitet ferrocyanider som katode. De har begge vist lovende resul Af Solveig Kjeldgaarda, Emil Drazevica, Bo Brummerstedt Iversenb og Anders Bentiena a Kemi og Bioteknologi, Institut for Ingeniørvidenskab, Aarhus Universitet – kræver nye billige materialer b Kemisk Institut, Aarhus Universitet med lav miljøpåvirkning Både organiske antrakinoner og uorganiske ferrocyanider er meget billige at producere, dertil har de lav miljøpåvi de modificeres, således at opløseligheden kan ændres fra totalt uopløselig til meget opløselig. Hermed kan stoffern almindelige tørcelle-batterier, som kræver uopløselige stoffer, og i flowbatterier som kræver høj opløselighed. Verden over forskes der intensivt i nye, billige vandige batterier til lagring af strømSDteafsbreainlietestvteoåinrgedfroprmrsisyenøninplgålessstrriøkmkoefrgrhaesdoslocelllcer eogllveindr.møTloler faaldfetddreamastitsok, fofgedern, edr ifeølrge International Renewa forskes i, er organpAirgsoedknucecyer[e1as] kpnuåntnrsivtareøamku,imnnåeordseonllleeenr lsrakvisenrnoeeermnedlleprraivsiennndopeåndsbtlræeømseorf,raoggkudluektrvoaifltr.sgDkaebanennestgoiorsedkeprenoybhleemd eerr dog kun en del af løs med stabilitet og fors ferrocyanider somelnekttaet.tDoendneeg.runDdleægghenaderudbfoerdrginggkean lvøsiesstpåloflevreemnådder:e resultater. (i) Udvidelse af højspændingsnettet til udlandet, således at der eksporteres strøm, når der er overskud, og importer Af Solveig Kjeldgaarda, EmisltrDørma.zevica, ler til at lave strøm på et senere tidspunkt. Alternativt er der Bo Brummerstedt Iversenb o(igi) AEtnmdeerresinBteelnlitgieenntaforbrug af strdøems,efnoerseteksåermlapveeltsetnyrdinegl faofrsvkanrminegpiuamt pberrugoeg wanadteert-geaffse-kshtkifrtæ/vende udstyr, som a b KKeemmiisokgInBsitoittuetk,nAoalorhgui,sInUsntiivtuetrsfioter tIngepe(inrriiiiøos)revvLneidarpegskånrisudnkdaegbafa,fofArssasttrkrrhøeøumlmsliUg.oneIgivrtseeelrakuslniktietoketletoerg,ninebårlr.isstvitådleelemaerrdmfeeert-resarmmenaf.ttioinDCdrdmeOernrei2snfsiogltøbr-rspøisoknrmgoeinsactgseiolssgeerssnåneådrkriiteogidhlmhyuaebdctdiero.normaegtsedionoanognpnaugefmraahildydleeddrretiorlnebggaetenratkfoknbgaoionlCogbOgaris2ue,rgeosg fordelingen e Både organiske antrakinoner og uorganiske ferrocyanider i gasnettet. er meget billige at producere, dertMil ehdarhdeenslyanv tmilillajøgpriånvgirakf- strøm findes der en række teknologier, som blandt andet omfatter vandelektrolyse, hvo ning og så kan de modificeres, sbårluegdeess taitl oatpdløasnenleighhyeddreongkena,nsom kaBnabtrtuegreies ri –breænndfsleelkscseiblleerltillaagt rlainvge ssttreøkmnpoåloetgsienere tidspunkt. Alternativt ændres fra totalt uopløselig til måerglaevt eotpelønsdeelilgf.oHrsekrnminegd ikaatnbruge wBaattetre-rgiaesr-eshr idfto/gstedaemn -mreefsotrmfleikngsi-bplreolcøessnseinrgtilafataollme dlaagnrnienghsytderko-gen og CO2 til m stofferne bruges i både almindeloiggseåtøi rhcyedllreo-gbeantoteprgierar,dseorimng af bioganso,losåglieedr,esdaatdCetOe2riebniosgtraøssme-ntirle-sdturcøemre-tseokgnoulmogidi,dseolbmarot mkadnanb-ruges i gasnettet. kræver uopløselige stoffer, og i flowbatterier som kræver høj ner/lagrer med et relativt lille tab, samtidig med at den kan opløselighed. Batterier – en fleksibel lagringsimtepklnemoleongteires fra kWh til MWh skala. Problemet er dog, at Batterier er dog den mest fleksible løensnsitnøgrraef uadllberleadgerlisnegsatfekbnatotleorgieierre, rdfaodrhetinedrreent astfrødmen-triel-lsattriøvmt -teknologi, som Stabilitet og forsyningssikkmeerdheetdrelativt lille tab, samtidig mehdøajet dpernis,kasonmimkpalnemkvenatnetriefiscferraeskWvehd tlielvMelWisehds-kcoalsat.-oPfr-oeblelecmtrei-t er dog, at en st De seneste år er prisen på strøm bfraattseorilecrelelrerfoorghivnidnrdemt aøfllderenfarle-lativtchitøyjestporrias,gseo:m kan kvantificeres ved levelised-cost-of-electricity storage: det dramatisk, og den er ifølge International Renewable Energy Agency [1] på niveau med eller lavere end prisen på strøm fra kulkraft. Denne gode nyhed er dog kun en del af løsningen; der produceres kun strøm, når solen skinner eller vinden blæser, og 𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 [kr kWh−1] 𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 = 𝑁𝑁𝑁𝑁 ∙ 𝜂𝜂𝜂𝜂 det vil skabe store problemer meodgstuadbtirlyitkekteorgofmorksoysntinnignsgseirkn-e ved opboegvaurdintrgyokgkearfloamdnkionsgtnaifnegnerknWe vhesdtroøpmbeiveanricnygkolugsa. flCaCd-er prisen på batteriet kerhed i elnettet. Denne grundlæagfgceynkdleususdefroirdløribnegt kafanlelvøesteidsen, og ηnienrgvaifrkenninkgWsghrasdtreønm. i en cyklus. CC er prisen på batteriet på flere måder: I både EU og USA er der enighedpor.mk,Wathd,eNt haenlttasltloetreafgecnyknelumssberrudi lføobresttaaftiolenvæetrideellna,gorigngη veirl ske, når slutprisen kommer under 1.000 kroner pr. kWhv,irskvnairnegnsdgeratidleenn. LCES på mindre end 35-50 øre pr. kWh pr. cyklus. (i) Udvidelse af højspændingsnettetAtfihl æudnlgaingdteatf, msåoleledkeyslaetmdaesrser og hvIilbkåedme EatUerioagleUr SsoAmerandveernedneigs hieedt boamtt,earit,dveitl h1ekltWsthorsevagreen-til en vægt på min eksporteres strøm, når der er oveHrsvkiusdd,eorgsaimmptiodritgerseksa,lntåargevsi højde fnoermarbbreujddsfloørnsotagtifoonrætjerneellsategrriinfgorvsikleslklieg,enålerds,lubteptyridseerndpeåt,baatttme-aterialeprisen fo mangler strøm. rier kommer under 1.000 kroner pr. kWh, svarende til en LCES (ii) Et mere intelligent forbrug af strøm, for eksempel styring af på mindre end 35-50 øre pr. kWh pr. cyklus. varmepumper og andet effektkrævende udstyr, som tænder, når Afhængigt af molekylemasser og hvilke materialer som der er overskud af strøm og slukker, når der er mindre strøm til anvendes i et batteri, vil 1 kWh svare til en vægt på minimum rådighed. 5-10 kg. Hvis der samtidig skal tages højde for arbejdsløn og (iii) Lagring af strøm. I realiteten bliver fremtidens løsning en fortjenester i forskellige led, betyder det, at materialeprisen for kombination af alle tre teknologier og fordelingen er et spørgs- elektrokemiske aktive stoffer i batteriet skal være væsentligt mål om prisen på de forskellige teknologier. under 100 kroner pr. kg. Dette er et meget lavt tal, hvis der tales om forarbejdede og rene kemikalier. Med hensyn til lagring af strøm findes der en række teknolo- I vores forskning har vi valgt at undersøge vandige batterier gier, som blandt andet omfatter vandelektrolyse, hvor strømmen på grund af pris, sikkerhed og miljømæssige hensyn. Den store bruges til at danne hydrogen, som kan bruges i brændselscel- ulempe ved vandige batterier er det relativt lave cellepotentiale, 12 Dansk Kemi, 100, nr. 1, 2019 -

Side 13

KEMITEKNIK I Figur 1. a) Ferrocyanid redox-reaktion. b) Antrakinon redox-reaktion. Ferrocyanid og antrakinon er miljøvenlige materialer, og derudover ligger prisen for begge på omkring 15-30 kr./kg. Ferrocyanid bruges blandt andet som additiv i køkkensalt, mens antrakinoner dannes naturligt i blandt andet rabarber. De er derfor velegnede som elektrodematerialer til storskala energilagring, hvor stabilitet, miljøhensyn og pris er centrale. På trods af at antrakinonen er et organisk molekyle, betragtes det generelt som stabilt. Det skyldes de to aromatiske ringe, som omringer og stabiliserer den centrale og reaktive ketonring. Antrakinon kan degradere til antron, hvilket kan forhindres ved at sætte de rette funktionelle grupper på antrakinonen. som typisk vil være mindre end 1,6-1,8V, da der skal vælges elektrokemisk aktive materialer inden for det ”elektrokemiske vindue” for vand. Det vil sige, det må ikke reagere med vandet og danne oxygen eller hydrogen, hvilket for eksempel sker, når Li-metal kommer i kontakt med vand. Med et samtidigt krav om elektrokemisk aktivitet, lav materialepris og miljøpåvirkning, så reduceres mængden af mulige grundstoffer og molekyler til kun at omfatte Ti, Zn, Mn, Fe, Cu og en række organiske molekyler, for eksempel antrakinoner, som blandt andet findes i rabarber. Vi har de seneste år i vores forskning arbejdet med ferrocyanid og antrakinoner [2-6] som udgangsmolekyler til vandige batterier. Figur 1 viser de grundlæggende strukturer og redox-reaktioner, som gør dem anvendelige i batterier. Udover at begge molekyler er yderst elektrokemisk reversible og stabile, så er nogle af de attraktive egenskaber, at strukturen kan skræddersys, således at de kan bruges i både ”tørcelle”-batterier og flowbatterier. Tørcelle-batterier Et muligt katodemateriale til vandige tørcelle-batterier er berlinerblåt og analoger dertil. Disse har den generelle kemiske formel AxMFe(CN)6, hvor M er et overgangsmetal og A typisk er kalium eller natrium. Berlinerblåt (M = Fe) blev fremstillet første gang allerede i 1704, og blev, som navnet antyder, brugt som farvestof. I de senere år er analoger (M = Zn, Cu, Mn, Co, Ti) til berlinerblåt blevet undersøgt som katodemateriale på grund af en række attraktive egenskaber. Berlinerblåt og analoger baseret på overgangsmetaller er meget stabile og uopløselige i vand, og de egner sig derfor godt som elektrodemateriale. Disse kan nemt fremstilles ved at blande metalsulfat (MSO4) og kaliumferrocyanid Din arbejdssikkerhed Køle- og fryseskabe til miljøer hvor eksplosive gasser kan forekomme bioline Gram Commercial A/S | Aage Grams Vej 1 | DK-6500 Vojens | Tlf. 7320 1300 | info@gram-bioline.com | www.gram-bioline.com dansk kemi ExGuard udg 4 2018.indd 1 - Dansk Kemi, 100, nr. 1, 2019 09/05/2018 11.42 13
    ...