Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Materialer til energiopbevaring

Forskning i nye materialer til batterier og hydrogenopbevaring


  • Ionledende faste stoffer. Vi undersøger sammenhængen mellem struktur, sammensætning og ionledningsevne.
  • Udvikling af nye syntesestrategier ved kombination af mekano-kemi, solvent baserede metoder, faststof-gas reaktioner baseret på opløsningsmidler, faststof-reaktioner etc.
  • Anvendelse af synkrotron-/røntgen-/neutron-strålings teknikker, for eksempel nye teknikker for avancerede in-situ eksperimenter hvor man undersøger kemiske reaktioner og batterimaterialer
  • Syntese og beskrivelse af nye hydrider, gas/faststof-reaktioner, strukturel kemi, og undersøgelse af reaktioner og strukturelle forandringer under opvarmning.

Kontakt

Torben René Jensen

Professor Institut for Kemi - Center for Materialekrystallografi

Forskning

Nye batteri-materialer:

Vi har for nyligt opdaget en ny mekanisme til kation-migration i fast stof. Den er identificeret for både lithium- og magnesium-holdige materialer. Man har ikke tidligere kunnet opnå god ionledning af divalente kationer, som Mg2+, ved stuetemperatur, men det er muligt for den nye type af materialer, som vi undersøger. Det kan være grundlaget for at udvikle helt nye typer af fast-stof-batterier, som har højere energitæthed end dem man kender i dag.

Det specielle ved denne mekanisme for kation-ion-ledning i fast stof er, at et neutralt molekyle, her NH3, hopper fra et magnesium-atom i strukturen og over til den Mg2+ ion, der er på vej igennem stoffet, hvorefter de tager et skridt fremad i strukturen sammen, Mg2+-NH3. Derefter hopper ammoniak-molekylet tilbage hvor det kom fra, og Mg2+ låner det næste NH3-molekyle, som det møder. I DFT-beregninger ligner det en dans, og derfor har vi kaldt mekanismen for ’pas-de-deux’ (trin for to).

Syntese af nye materialer:

Vi bruger meget tid på at fremstille nye uorganiske forbindelser, som ikke tidligere har været kendt. Vi arbejder i øjeblikket med nye closo-carboraner, som måske kan danne grundlag for fremtidens batterier.

Avanceret strukturundersøgelse:

Vi har regelmæssigt adgang til nogle af verdens førende faciliteter til anvendelse af synkrotron-/ røntgen-/neutron-strålingsteknikker. Alle i vores forsknings gruppe deltager i at lave målinger ofte, også bachelor-studerende. Vi har for eksempel udviklet nye teknikker til avancerede in-situ eksperimenter, hvor man undersøger kemiske reaktioner og batterimaterialer. Vi kan variere gastryk og temperaturer, imens målingen foregår. 

Hvorfor har vi brug for hydrogen?

Forbruget af fossilt brændstof er stadig voksende og det kan måles direkte som stigende mængder af CO2 i atmosfæren. Der er flere og flere rapporter om klimaændringer man kan observere. Det forventes at blive meget voldsommer i fremtiden. Vi har allerede mange vindmøller og solceller, men den ’grønne’ vedvarende energi er vanskelig at integrere i vores energi-net, da den jo forekommer med meget varierende intensitet. Det er derfor altafgørende at vi kan opbevare vedvarende energi til vindstille nætter. Hydrogen er nemt at fremstille ved elektrolyse af vand, men det er jo det letteste grundstof og vanskeligt at opbevare på en kompakt måde.

I vores forskning har vi opdaget mange nye hydrogenholdige stoffer, som vi undersøger i store detaljer. De har ofte spændende strukturer og egenskaber.

Der er også nogle af de hydrogenholdige stoffer der har høj ionledningsevne, og som måske kan danne grundlag for fremtidens batterier.

Artikler:


Nye metalborohydrider - eksempler

Novel metal borohydrides Novel metal borohydridesNovel metal borohydrides

Nogle eksempler på nye metalborohydrider


Forskningsstøtte