I frontlinjen for bærekraftig energilagring
Superkondensatorer som lader raskere og varer lenger? Professor Dhayalan Velauthapillai og forsker Isacfranklin Melkiyur ved HVL adresserer utfordringen med fire nye materialer som kan revolusjonere energilagring.
Ved Høgskolen på Vestlandets «Clean Energy Lab» jobber professor Dhayalan Velauthapillai og forsker Isacfranklin Melkiyur med avanserte nanomaterialer for rene energiteknologier. Her leder Dhayalan Velauthapillai forskningsgruppen «Avanserte nanomaterialer for ren energi og helseapplikasjoner (ANCEHA)», som ble opprettet i 2013. Gruppens siste prosjekt tar for seg en helt ny klasse overgangsmetaller og deres potensial for bruk i superkondensatorer, en type energilagring som kombinerer rask lading med høy holdbarhet.
– Superkondensatorer er spesielt nyttige i situasjoner der man trenger umiddelbar tilgang til energi, som elbiler eller kjøretøy i akselerasjon, forklarer professoren.
Forskningsgruppen har utviklet fire nye materialer, dekket av en patentsøknad. Tre av disse materialene er helt unike og finnes ikke registrert i noen databaser.
– Vi ønsket å flytte oss fra metallsulfider til metalloksider, som har bedre stabilitet og miljøprofil. Etter å ha gjennomgått et hav av databaser og forskningslitteratur fant vi ingen slike materialer brukt i superkondensatorer, sier Melkiyur.
Professor Dhayalan Velauthapillai (til v.) og forsker Isacfranklin Melkiyur.
– Vi må finne alternativer til de sjeldne metallene
I tillegg til ytelsen er bærekraft et svært viktig fokus. Overgangen fra sjeldne metaller som litium og kobolt til mer tilgjengelige elementer som nikkel og mangan gjør materialene både billigere og mer miljøvennlige.
– Vi må finne alternativer til de dyre og sjeldne materialene som brukes i dagens batterier. Våre materialer representerer et stort steg i riktig retning, sier Dhayalan Velauthapillai.
Materialene som forskerne har utviklet, viser en imponerende kombinasjon av høy energitetthet og stabilitet. De små asymmetriske superkondensatorene som ble testet i laboratoriet, oppnådde energitettheter på opptil 60 Wh/kg og krafttettheter på 10 kW/kg – over dagens standard på henholdsvis 5–30 Wh/kg og 1–10 kW/kg.
– Materialene våre har en unik kombinasjon av fire metaller som forbedrer både lagringskapasiteten og levetiden. Våre tester har vist stabilitet over 20 000 ladesykluser for superkondensatorene, sammenlignet med 1000 sykluser for tradisjonelle batterier, sier Melkiyur.
Fra laboratoriet til industrien
Forskerteamet har allerede demonstrert materialenes potensial i småskala laboratorieoppsett, men veien videre innebærer å optimalisere og skalere opp produksjonen. I fjor støttet Forskningsrådet prosjektet med 500 000 kroner.
– Vi jobber med å optimalisere synteseprosessen for å sikre høy kvalitet og konsistens. Dette er avgjørende for å kunne gå videre til pilotprosjekter, forklarer Melkiyur.
Prosjektet har også en tydelig strategi for kommersialisering. Målet er å lisensiere teknologien til industrielle partnere som kan integrere materialene i sine produkter.
– Det er viktig å finne de rette partnerne som kan utnytte materialene våre på en effektiv måte. Vi forventer utfordringer underveis, men dette er en del av innovasjonsprosessen, sier Dhayalan Velauthapillai.
– Vestlandet ligger i frontlinjen
Forskningsgruppen trekker frem viktigheten av fagmiljøet på HVL. Et annet fokusområde har vært å inspirere unge mennesker til å engasjere seg i bærekraftig teknologi.
– Vi mangler fagfolk til å drive denne typen forskning fremover. Derfor er det viktig å motivere unge til å delta, sier Dhayalan Velauthapillai og legger til:
– Selv har jeg vært på Forskningsdagene de siste syv årene og hatt utstillinger med prototyper i Bergen sentrum, slik at unge forhåpentligvis kan inspireres og få en inngang og interesse for rene energilteknologier.
Ved HVL kombineres internasjonale samarbeid med et sterkt lokalt engasjement for å fremme bærekraftige energiløsninger. Forskningsgruppen har samarbeidspartnere i India, Sri Lanka, Sør-Korea og Singapore, i tillegg til å delta i opplæringsprogrammer støttet av EU.
– Vestlandet ligger helt i front når det gjelder innovasjon innen avanserte nanomaterialer for rene energiteknologier, avslutter Dhayalan Velauthapillai.