High-performance seawater magnesium batteries for marine waters

Med hensyn på den økende oppmerksomheten på miljøutfordringene, havforskning og marint liv, hvor man har aktivt begynt å se nærmere på grønnere energiressurser og forskning på avsidesliggende steder i havet, har SeaMag-prosjektet valgt å fokusere på å tilby en løsning for en bærekraftig kraftkilde for autonome subsea systemer. Polare områder er i faresonen siden de er ekstremt følsomme for klimaendringer og deres biologiske mangfold er skjørt. Samtidig forblir disse avsidesliggende regionene enormt uutforsket og dårlig dokumentert. For eksempel identifiserer JPI Oceans en rekke viktige områder i sin strategiske og innovasjonsagenda for 2015-2020. På disse områdene er fremskritt ikke bare avhengig av ny teknologi og sensorer, men også på en pålitelig, rimelig energiforsyning som SeaMag-batteriet. I løpet av den siste perioden av prosjektet har fokus vært å optimalisere og forbedre SeaMag-batterisystemets funksjoner, fra elektronikk til sammensetningen av de ulike elementene som tilsetningsstoffene for den kjemiske reaksjonen i batterieet. Tilsetningsstoffene har blitt testet i flere arrangementer, sammen med katoden og anoden, i det komplette batterisystemoppsettet samt i en lab-versjon. Fra testene og resultatene har vi nøye valgt det best fungerende tilsetningsstoffet fra dets beste driftsresultater. Batterioppsettet er optimalisert for å produsere energi, tatt i betraktning de lave spenningene som skapes av elementene. Prosjektet ble avsluttet med et fungerende batteri, som ga en vellykket energiressurs, men med noen utfordringer. På grunn av utfordringer for elektronikk, og de lave spenningene, har vi gjort endringer helt til slutten, for endelig å kunne levere et fungerende batteri som gav strøm til to undervannssensorer i den endelige demonstrasjonen.

The SEAMAG project developed cell materials beyond the state-of-the-art such as high-performance Mg-Ca alloys, non-toxic electrolyte additives, Sulfosalicylic acid that can be tailored to different operating currents, and carbon-based air cathodes that show significantly low over the potential for oxygen reduction reaction. The ability to use aqueous electrolytes such as saltwater (and direct seawater) makes these batteries inherently safe. A compact cell design has been developed and the final demonstration showed operation of four SEAMAG batteries separately and collectively using real-time subsea devices. The cells were functioning successfully. The project has a significant short-term impact on materials development for metal-air batteries, such as the ORR catalyst, where one of the partners already working with the catalyst supplier to investigate its potential for zinc-air batteries and fuel cells. SEAMAG project started with TRL3 and ended with TRL6, with the cell demonstration.

The European Union is increasingly focused on healthier, cleaner and more productive seas, sparking more research within the marine sector (biodiversity, climate change, marine energy). For example the JPI Oceans in its strategic research and innovation agenda 2015-2020 identifies a host of strategic areas in which advancements are reliant on not only the new technology and sensors but on a reliable, inexpensive, energy supply such as the SeaMag battery. Growing environmental concerns is leading to more strict EU regulations in regards with man-made activities and is enforcing measures such as the monitoring of abandoned oil wells, evaluating water quality and tracking enviromental changes associated with global warming. Moreover, safer and cheaper batteries may boost marine research in sensitive regions where the deployment of lithium batteries is challenging. Polar regions are at risk as they are extremely sensitive to climate change and their biodiversity is fragile. At the same time, these remote regions remain vastly unexplored and poorly documented. For example the JPI Oceans identifies a host of vital areas in its strategic and innovation agenda for 2015-2020. In these areas, advancements are reliant on not only the new technology and sensors but on a reliable, inexpensive, energy supply such as the SeaMag battery.