Nordisk Energi 1
Aktuellt Skadliga plasmainstabiliteter i fusionsa
nläggningar tämjs Amerikanska forskare har i en serie experiment tämjt skadliga plasmainstabiliteter på ett sätt som skulle kunna leda till eff ektiv och stabil drift av det internationella fusionsexperimentet ITER. Text: Alarik Haglund Raffi Nazikian, till vänster och Craig Petty, till höger framför genomskärning av tokamakreaktorn Dill-D. Foto: greg CuNNINgHam/geNeral atomICs eNergy grouP Innan forskarna kan återskapa den fusionsprocess som driver solen för att producera i stort sett obegränsad energi på jorden måste de först lära sig att kontrollera det heta plasma som krävs för fusionsreaktioner. I en serie experiment med fusionsreaktorn DIII-D vid National Fusion Facility i USA har en grupp forskare under ledning av Raffi Nazikian från det amerikanska energidepartementets Princeton Plasma Physics Laboratory och Craig Petty från det amerikanska företaget General Atomics siktat in sig på att tämja de så kallade ELM-instabiliteteter som utvecklas i utkanten av fusionsplasman och som kan orsaka periodiska värmeutbrott som kan skada de komponenter i en tokamakreaktor som är vända mot plasmat. För att förhindra stora ELMinstabiliteter från att inträffa skapar forskarna små magnetiska krusningar som förvränger den jämna ringformen hos fusionsplasmat i en tokamakreaktor. I de senaste experimenten upptäckte forskarna att de genom att öka plasmats tryck kunde göra det mer mottagligt för dessa krusningar och därigenom kontrollera ELMinstabiliteterna bättre. Samtidigt förstärker det högre trycket den självgenererade ström som uppstår i tokamakplasman, vilket gör processen för att hålla kvar plasmat i ett stabilt tillstånd mer effektiv. När forskarna projicerade resultaten från DIII-D på ITER fann de att det högre plasmatrycket och den starkare självgenererade strömmen i plasmat skulle kunna göra det möjligt att skapa och upprätthålla ett stabilt plasma som genererar mellan fyra och fem gånger så mycket energi som förbrukas. u MOT SNABBLADDADE SOLID STATE-BATTERIER Förhoppningarna på de så kallade solid statebatterierna är stora. De innehåller ingen vätska som kan läcka eller börja brinna, vilket förutom att de inte behöver kylas betyder att de är säkrare, mer pålitliga och har längre livslängd än traditionella litiumjonbatterier. Nu introduceras ett nytt koncept som tillåter en upp till tio gånger större ström vid laddning och urladdning än tidigare. Text: Alarik Haglund Test av det nya solid-state-batteriet. Foto: ForsCHHuNgsZeNtrum jÜlICH/regINe PaNkNIN Den låga strömmen anses vara ett av de största hindren i utvecklingen av solid state-batterier. Den innebär bland annat att batterierna är förhållandevis långsamma att ladda och det tar vanligtvis mellan tio och tolv timmar att ladda ett solid state-batteri helt. Forskare vid tyska Forschungszentrum Jülich har emellertid tagit fram en ny typ av battericell som laddas på mindre än en timme. – Med de koncept som beskrivits hittills har endast mycket små laddningsoch urladdningsströmmar varit möjliga på grund av problem vid de interna solid state-gränssnitten. Det är här vårt koncept baserat på en fördelaktig kombination av material kommer in och vi har redan patenterat den, säger Hermann Tempel från Forschungszentrum Jülich. I vanliga litiumjonbatterier suger elektroderna upp den flytande elektrolyten som en svamp, vilket skapar en stor kontaktyta. Eftersom två fasta ämnen inte kan fogas samman sömlöst är kontaktresistansen mellan elektroderna och elek12 trolyten i solid state-batterier däremot hög. – För att tillåta så stort strömflöde som möjligt över skiktgränserna använde vi väldigt liknande material för att tillverka alla komponenter. Både anoden, katoden och elektrolyten gjordes av olika fosfatföreningar, förklarar Hermann Tempel, som tillägger att detta möjliggjorde en tio gånger snabbare laddningshastighet än vad som noterats tidigare. De material som används har dessutom rimligt pris och är lätta att hantera. Till skillnad från vanliga litiumjonbatterier är det nya solid state-batteriet även i stort sett fritt från giftiga eller skadliga ämnen. - I inledande tester var den nya battericellen väldigt stabil över 500 laddningsoch urladdningscykler och behöll 84 procent av sin ursprungliga kapacitet, säger Shicheng Yu, som deltog i forskningen vid Forschungszentrum Jülich. u Nordisk Energi 4 2018