• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik20. 01. 2024 | Heidi Thode

Fremtidens energilagring og konverteringsteknologier

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik20. 01. 2024 | Heidi Thode

– den essentielle rolle af redox-mediatorer.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1/2024 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

Af Albert Otto Erich Hohn og Anders Bentien, Institut for Bio- & Kemiteknologi, Aarhus Universitet

Redox-mediatorer har tiltrukket opmærksomhed inden for energikonverteringsforskning, hvor deres alsidige anvendelsesmuligheder har åbnet døren for nye innovative og banebrydende ideer. Denne opmærksomhed har positioneret dem som en nøglekomponent inden for teknologier som elektrolyse, vandige batterier og zink-luft batterier.  

Terawatt-udfordringen
Fossile brændstoffer har længe domineret energisektoren på verdensplan som den primære kilde til vores energiforsyning. Trods vores betydelige fremskridt inden for bæredygtig energi, må vi anerkende, at vi stadig er langt fra at udfase de fossile brændstoffer. Ifølge BP Statistical Review of World Energy (2020) udgør de fossile brændstoffer stadig 84,3 procent af den globale energiproduktion (174.274 TWh), mens de vedvarende energiteknologier kun udgør 11,4 procent [1]. For at opfylde EU’s mål om CO2-neutralitet i 2050 er der derfor behov for vedvarende og bæredygtige teknologier til energilagring og -konvertering på terawatt-skala [2]. Denne globale energiudfordring betegnes ofte som ”The Terawatt Challenge” (Terawatt-udfordringen).
Inden for energilagring og -konvertering er der generelt en forståelse af, at der er brug for materialer, som er lettilgængelige, billige og miljøvenlige. Derudover spiller den årlige globale produktion og den naturlige forekomst af grundstoffer på jorden en afgørende rolle i implementeringen af nuværende og fremtidige teknologier. I 2012 påpegede Peter Vesborg (DTU) og Thomas Jaramillo (Stanford Universitet), at 25 grundstoffer produceres i mængder, der overstiger 1 megaton årligt (Mt/år) [2]. Herved kan en energiteknologi, der bruger 1 gram af et bestemt grundstof per watt, implementeres med en årlig kapacitet på mindst 1 terawatt (TW/år), hvis den nuværende produktion af det pågældende grundstof omdirigeres til udelukkende denne teknologi.
I vores forskning undersøger vi metalkomplekser som redox-mediatorer i vandige batterier (redox flow-batterier), medieret hydrogenproduktion og zink-luft batterier. En redox-mediator er et molekyle, der er opløseligt og sørger for transporten af elektroner og sommetider ioner. De undersøgte metalkomplekser består oftest af organiske ligander, som er koordineret til et centrum bestående af enten titanium (Ti), jern (Fe) eller mangan (Mn). Metallerne er udvalgt med henblik på deres elektrokemiske aktivitet, pris, tilgængelighed og enkelhed i synteseprocessen. Metalkomplekserne har desuden den ekstra fordel, at de kan opløses ved høje pH-værdier, mens metaller typisk udfældes og danner metaloxider under disse betingelser.

Redox flow-batterier
Et redox flow-batteri er en genopladelig enhed med separate elektrolytbeholdere, som består af katodemolekyler (positive side) og anodemolekyler (negative side), som er opløst i vand. Væskerne i elektrolytbeholderne pumpes ind i en elektrokemisk celle (stakken), hvor elektrisk energi (strøm) omdannes til kemisk energi ved at oxidere den positive side og reducere den negative side under opladning og omvendt under afladning. En illustration af en enkelt celle er vist i figur 1.
Ved konvertering af energi fra en form til en anden vil der altid forekomme en vis grad af energitab i form af varme under processen. I et batteri er dette tab forårsaget af den indre modstand (Ri), der opstår som følge af modstand i batteriets komponenter. Den indre modstand resulterer i spændingsfald og reduceret effektivitet af batteri under drift og derfor forsøger man at minimere Ri så meget som muligt for at undgå unødvendigt energitab. Redox-reaktionerne (oxidation og reduktion) af molekylerne i de elektrolytbeholdere foregår på overfladen af elektroderne. Disse elektroder er typisk lavet af materialer som carbonfelt på grund af dets gode elektroniske ledningsevne, store overfladeareal og porøsitet [4]. De to elektrolyt-opløsninger er separeret af en ion-selektiv membran, der kun tillader transport af specifikke ioner (kationer eller anioner) gennem den.

Vand-elektrolyse
Elektrolyse af vand er en elektrokemisk proces, hvor elektricitet anvendes til at spalte vand til hydrogen og oxygen (se elektrolysecellen i figur 4b). Processen finder sted som følge af de to halvcellereaktioner: hydrogenudviklingsreaktionen (HER, reduktion, optagelse af elektroner) og oxygenudviklingsreaktionen (OER, oxidation, afgivelse af elektroner) [3]. Potentialet (E) for disse to reaktioner varierer i forhold til pH-værdien af opløsningen og kan bestemmes ved hjælp af Pourbaix-diagrammet (potentiale vs. pH) for vand. Reaktionsskemaerne for HER og OER i en vandig basisk opløsning er:  

(se originalartikel for reaktionsskemaer)

På grund af den kinetiske barriere kræver elektrolyse af vand et betydeligt højere potentiale end den termodynamiske værdi (1,23V) for, at reaktionen kan forløbe. Det ”ekstra” potentiale, også kendt som overpotentialet (n), opstår primært på grund af intrinsiske aktiveringsbarrierer på anoden og katoden. Derfor er der behov for effektive katalysatorer, der kan reducere både aktiveringsenergien og overpotentialerne. Effekten af at anvende en katalysator er illustreret på energidiagrammet i figur 2a og sammenlignet med en reversible reaktion. Derudover viser figur 2b de individuelle bidrag til cellepotentialet for en elektrolytisk celle.

Organiske-uorganiske flowbatterier
Organiske molekyler vækker særlig interesse i forbindelse med redox flow-batterier, idet det er muligt at ændre deres redox-potentialer og opløselighed i vand ved at tilføje specifikke funktionelle grupper til molekylet. Typisk inkluderer disse funktionelle grupper hydroxyl-, carboxyl-, sulfonyl- og fosfatgrupper [5]. I redox flow-batterier søger man efter molekyler med høj vandopløselighed, da dette har indflydelse på både energi- og effekttætheden af batteriet. På den negative side er der blevet undersøgt adskillelige organiske molekyler, mens der på den positive side ofte anvendes det uorganiske metalkompleks ferrocyanid (MxFe(CN)6) med monovalente metaller (M = Li+, Na+, K+, NH4+). Valget af ferrocyanid er baseret på dets høje opløselighed og fremragende stabilitet, mens der endnu ikke er fundet et organisk molekyle med tilsvarende stabilitet som et alternativ.
I vores forskning har vi arbejdet med et redox flow-batteri med anthraquinonen AQDS (2,7-anthraquinondisulfonat) som anodemateriale (se kemisk struktur i figur 3b) og ferrocyanid som katodemateriale (se kemisk struktur i figur 3a). Batteriet er illustreret i figur 4a. Præstationen af dette system i forhold til cellepotentiale og energi- og effekttæthed er lavere end kommercielle state-of-the-art vanadium flowbatterier [6,7]. Dog kan materialerne i dette system produceres meget billigt på stor skala og deres egenskaber er meget mere fleksible. 

Hydridsystem af flowbatterier og medieret/afkoblet hydrogenudvikling 
Et af vores igangværende projekter indebærer udviklingen af et koncept for energilagring og -konvertering, hvor elektrolyse og batterilagring integreres i en simpel hydridteknologi. Dette koncept er særlig interessant, da man kan reducere omkostningerne af systemet signifikant ved at kombinere de to teknologier. En illustration af konceptet er vist i figur 4c. Når der er overskydende vedvarende energi, kan den bruges til at oplade batteriet ved at reducere det vandopløselige metalkompleks (redox-mediator) ved anoden og oxidere ferrocyanid til ferricyanid ved katoden.
Hvis man ønsker, at hydridsystemet udelukkende skal fungere som et redox flowbatteri, kan batteriet aflades ved at oxidere den negative side og reducere den positive side. Ønsker man derimod at producere hydrogen, så pumpes den reducerede redox-mediator ind i en packed-bed-reaktor, der indeholder en HER-katalysator. Denne katalysator fremmer reaktionen mellem redox-mediatoren og vand, hvilket resulterer i dannelsen af hydrogen (medieret hydrogenudvikling).
På den positive side fungerer ferrocyanid som en elektrondonor, indtil alt er oxideret. Derefter finder den konkurrerende OER-reaktion sted ved hjælp af en OER-katalysator. Den overordnede reaktion er derfor vandelektrolyse, hvor hydrogen og oxygen udledes gennem de to reaktorer. Den ”grønne” hydrogen kan herefter benyttes til at producere kemikalier, gødning, brændsel, osv.

Finansiering
Den igangværende forskning er finansieret af projekterne DualFlow (Horizon Europe – European Innovation Council – Horizon-EIC-2021-Pathfinderchallenges-01-04 – Bevillingsnummer:101070788), HeySYS (Danmarks Frie Forskningsfond – Forskningsrådet for Teknologi & Produktion – Bevillingsnummer:1127-00068B) og ReZilient (Horizon Europe – European Innovation Council – (Horizon Europe, European Innovation Council – Horizon-EIC-2021-Pathfinderchallenges-01-04 – Bevillingsnummer:101115535).

E-mail:
Albert Otto Erich Hohn: albert.hohn@bce.au.dk
Anders Bentien: bentien@bce.au.dk

Kilder
1. Energy Mix. H. Ritchie and P. Rosado. Our World in Data (2020), sidst besøgt 28/11/23. URL: https://ourworldindata.org/energy-mix.
2. Addressing the terawatt challenge: Scalability in the supply of chemical elements for renewable energy. PCK. Vesborg and TF. Jaramillo. RSC Publishing (2012).
3. Carbon felt based electrode for energy and environmental applications: A review. TXH. Le, M. Bechelany, and M. Cretin. Carbon (2017).
4. Decoupled Electrochemical Water Splitting: From Fundamentals to Applications. PJ. McHugh, AD. Stergiou, and MD. Symes. Advanced Energy Materials (2020).
5. Hydrogen production from water electrolysis: Role of catalysts. S. Wang, A. Lu, and CJ. Zhong, Nano Convergence (2021).
6. Organic Redox Species in Aqueous Flow Batteries: Redox Potentials, Chemical Stability and Solubility. K. Wedege, E. Drazevic, D. Konya, and A. Bentien, Nature Energy (2016).
7. Understanding Aqueous Organic Redox Flow Batteries: A Guided Experimental Tour from Components Characterization to Final Assembly. JA. Pascual, IS. Sanchez, et.al. Batteries (2022).
8. Recent Progress in Organic Species for Redox Flow Batteries. Z. Li, T. Jiang, et.al. Energy Storage Materials (2022).

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Kemiteknik

Seneste nyt fra redaktionen

EU har skærpet kemireglerne – men hver tredje ved ikke, hvor oplysningerne findes

Arbejdsmiljø/IndeklimaBranchenytLovgivning og patenterTop10. 11. 2026

Europa-Parlamentet har skærpet reglerne for kemikalier på arbejdspladsen, men en ny undersøgelse viser, at mere end hver tredje ikke ved, hvor de finder de eksisterende sikkerhedsoplysninger. Det viser en undersøgelse fra arbejdsmiljøsoftwarevirksomheden EcoOnline. Hvert år får 120.000

Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

AktueltArtikler fra Dansk KemiKemiteknik10. 11. 2026

Ny viden og avanceret testning skal sikre mere holdbare og bæredygtige beskyttelsessystemer til fremtidens infrastruktur. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Ziyou Li, Joshua

Nyt laboratorium skal bruge DNA fra naturhistoriske samlinger til at forstå fremtidens natur

AktueltBiologiBioteknologi03. 11. 2026

En bevilling på 6,8 millioner kroner fra Villum Fonden gør det muligt for Statens Naturhistoriske Museum at etablere Danmarks første forskningslaboratorium med fokus på museomics. Her skal moderne DNA-teknologi åbne for ny viden fra naturhistoriske museumssamlinger. Ambitionen er at styrke europæisk

Planter bruger et molekylært målebånd til at skelne ven fra fjende

AktueltBiokemiBiologi03. 11. 2026

Planter er konstant i kontakt med svampe i jorden. Nogle svampe forårsager sygdom, mens andre indgår i gavnlige partnerskaber, der hjælper planterne med at optage næringsstoffer og vokse. For at overleve er planterne nødt til at kunne skelne mellem dem - men hvordan de aflæser de kemiske signaler,

Ny blodprøveteknologi kan give svar på 10 minutter

BiokemiMedicinalkemiTop26. 10. 2026

Forskere fra Aarhus Universitet har udviklet ny teknologi, der genkender og måler koncentrationen af lægemidler i blodet på under 10 minutter. Den hurtigere svartid kan betyde forskellen på liv og død. Minutterne tæller, når en patient med en blodprop i hjernen ankommer til akutmodtagelsen på

Nu kan langt mere medicinsk udstyr blive svanemærket

AktueltKlima og miljø26. 10. 2026

Svanemærkets krav til medicinsk udstyr og lægemidler i plast og silikone er netop blevet skærpet. Samtidig kan en lang række nye produkttyper som iltmasker og sprøjter nu også opnå det officielle nordiske miljømærke. Fra ilt- og bedøvelsesmasker til blod- og dialyseposer: Svanemærket har

Udnyttelse af biernes bakterier til udvikling af innovative plantebaserede fødevarer

AktueltArtikler fra Dansk KemiBioteknologi19. 10. 2026

Forskere undersøger, hvordan mælkesyrebakterier fra honningbier kan bruges til at udvikle næste generation af plantebaserede fødevarer. Ved hjælp af avanceret droplet microfluidics kan tusindvis af bakteriestammer hurtigt screenes for deres evne til at fermentere plantebaserede råvarer og producere

Ny metode kan reparere fejl i gener

AktueltBioteknologiMedicinalkemi19. 10. 2026

Forskere fra Aarhus Universitet har vist, at en ny form for genbehandling kan rette fejl i patienters stamceller. På sigt kan metoden måske bruges til behandling af sjældne, arvelige sygdomme, som påvirker vores immunforsvar. Nogle mennesker bliver født med en fejl i deres genetiske

Nobelprisen i Kemi belønner forskning i molekylernes spejlbilleder

AktueltBranchenytMedicinalkemiOrganisk kemi12. 10. 2026

Nogle molekyler, såsom aminosyrer, findes i to varianter, der er hinandens spejlbilleder. Levende organismer indeholder imidlertid kun det ene af disse spejlbilleder. Hvordan en sådan kemisk asymmetri kunne være opstået, har længe været et mysterium for kemikere. Henri B. Kagan og Kenso Soai blev i

Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

AktueltBiologi12. 10. 2026

Alt er anderledes i rummet – også hvordan tarmene fungerer. Forstoppelse er en kendt bivirkning ved rumfart, men indtil nu har man vidst utroligt lidt om, hvorfor det sker. Nu har forskere fra Københavns Universitet i et samarbejde med NASA undersøgt blod fra astronauter og har et bud på, hvorfor

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Hvor høj brandbeskyttelse har du brug for?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Busch Vakuumteknik viser energieffektive vakuum- og lækagesøgningsløsninger på AJOUR 2026

  • Holm & Halby

    En kalendertradition, der holder – også i 2027

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Ingen tænker over centrifugerør, men vi skal allesammen bruge dem.

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Pfeiffer præsenterer komplette Fab-løsninger på SEMICON Europa 2026

  • DENIOS ApS

    Er din virksomhed klar til den første sne?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Færre vakuumpumper, større processikkerhed: central vakuumforsyning hos Migros Luzern

  • Sponsoreret indhold

    Professionel kemisk bekæmpelse af væggelus

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Effektiv laboratorieopvask starter med den rigtige løsning

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Vakuum reducerer vedligeholdelsesarbejdet og energiforbruget i osteproduktion

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • EU har skærpet kemireglerne – men hver tredje ved ikke, hvor oplysningerne findes

    10.11.2026

  • Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

    10.11.2026

  • Nyt laboratorium skal bruge DNA fra naturhistoriske samlinger til at forstå fremtidens natur

    03.11.2026

  • Planter bruger et molekylært målebånd til at skelne ven fra fjende

    03.11.2026

  • Ny blodprøveteknologi kan give svar på 10 minutter

    26.10.2026

  • Nu kan langt mere medicinsk udstyr blive svanemærket

    26.10.2026

  • Udnyttelse af biernes bakterier til udvikling af innovative plantebaserede fødevarer

    19.10.2026

  • Ny metode kan reparere fejl i gener

    19.10.2026

  • Nobelprisen i Kemi belønner forskning i molekylernes spejlbilleder

    12.10.2026

  • Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

    12.10.2026

  • Grundstoffer med kant

    07.10.2026

  • Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

    07.10.2026

  • Hvad skal kalken bruges til?

    07.10.2026

  • Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner

    07.10.2026

  • “I dybden med kemi” og “Klædt på til skriftlig kemi”

    07.10.2026

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}