Utveckling, verifiering och validering av grafenmatris för solenergi- och värmedriven värmepump (avslutat)

Syfte och mål

I detta projekt skulle SaltX Technology (ClimateWell) i samarbete med Chalmers Industriteknik (CIT) exploatera grafens termiska egenskaper och kemiska stabilitet. En ny matris skulle utvecklas för den termokemiska värmepumpsteknologin, patentskyddad av SaltX Technology.

Delmål, utveckling av:

  • Chalmers Industriteknik: Kostnadseffektiv tillverkning av en grafensuspension.
  • SaltX Technology: Teknik för tillverkning av sammanhängande grafenflak. Integrering av salt i grafenmatris. Ökad effekttäthet med grafenmatris för demonstratorer.
  • SaltX Technology och Chalmers Industriteknik: Efterbehandling för ökad värmeledningsförmågan mellan grafenflaken.

Förväntade effekter och resultat

SaltX Technology har utvecklat en termisk solfångare som kan minska energiförbrukningen med 90 %, samt en komponent integrerad i gasdrivna varmvattenberedare som kan uppnå en energireduktion på 50 %. Ett lyckat resultat ger förbättrad konkurrenskraft i dessa applikationer. Grafensuspension kombinerat med beläggningsmetod kan vara till stor nytta för många andra industrier. Den strategiska betydelsen för Sverige är att SaltX Technology kan tillhandahålla en världsunik absorptionsprocess och snabbt leverera ut industriellt tillgänglig teknik till marknaden tack vare redan pågående kundprojekt med stora OEMs.

Planerat upplägg och genomförande

Projektet kommer att genomföras uppdelat i 5 arbetspaket:

1 –  Optimering och utvärdering av grafensuspension
2 – Utveckling och utvärdering av tryckteknik av grafensuspension på cellulosafibersubstrat
3 – Utveckling av härdningsmetod av belagd grafen
4 – Saltintegrering i framtagen grafenmatris samt post-integreringsinspektion
5 – Verifiering och validering av grafenmatris i valda demonstratorer

Kunskapsöverföring kommer att ske genom att projektgruppen aktivt nätverkar och deltar i de workshops som SIO Grafen arrangerar.

Resultat

Nya och viktiga partners har kopplats in för att utveckla grafenteknologin hos SaltX Technology. Detta har möjliggjort att betydligt större steg mot storskaliga processer har tagits i de tidiga arbetspaketen, än vad som kunde förutses före projektstarten. Därför kunde delresultaten i arbetspaket 1-3 infrias. Projektet har tillverkat en grafensuspension med en högre koncentration och i större volymer, och har utvecklat en appliceringsteknik av grafenflagor och efterbehandling med värme och tryck. Detta har lett till avsevärda förbättringar av värmeledningsförmågan. Däremot krävs det mer arbete kring hur saltet kan integreras med grafenet (arbetspaket 4).

Projektet har avsevärt ökat kunskapen kring grafen och lagt en väldigt bra grund inför en framtida industriell tillverkning. En demonstrator har byggts inom projektet, vilken har visat att vi är på rätt väg.

De viktigaste insikterna är att grafenmaterialet i matrisen både kan fungera som god värmeledare i planet, samt att när grafenmaterialet är sammanfogat med SaltX Technologys salt, kan ledningsförmågan inom salt-massan förbättras. Dessa två fördelar innebär att vi kan ta bort dyra och korroderande metalldelar i matrisen. Ytterligare en insikt är att grafenet går att producera och applicera i stor skala.

En klar förbättringspotential kunde observeras tack vare integrering av grafen, men grafen-matrisen behöver alltså vidareutvecklas innan nya produkter kan tas fram. Den grafen-baserade matrisen beräknas vara produktifierad för försäljning under början av 2020.

Abstract in English

Development, verification and validation of a graphene matrix for a solar and heat energy driven heat pump

The purpose and target of this project is for ClimateWell (CW) in cooperation with Chalmers Industriteknik (CIT), to exploit the thermal properties and chemical stability of graphene. A new matrix will be developed for the thermo chemical heat pump technology, patent protected by ClimateWell.

Milestone, development of:
CIT: Cost effective manufacturing of a graphene suspension. CW: A technique for development of cohesive graphene flakes. CW and CIT: After-treatment for increasing the conduction of heat between the graphene flakes (CW and CIT). CW: Integration of salt in a graphene matrix. CW: Increased power density with a graphene matrix for demonstrators. CW has developed a thermal solar collector which can reduce the energy consumption by 90%, including a component integrated gas driven water heater that can achieve an energy reduction by 50%. A successful result will provide improved competitiveness in these applications. A graphene suspension combined with a coating method can be of great benefit to many other industries. The strategical importance for Sweden is that CW is able to provide an internationally unique absorption process, and also rapidly distribute the available technique to the market, through ongoing customer projects with major OEMs.

Results
New and important partners have been involved to develop the graphene technology at SaltX Technology. This has made it possible for considerably larger steps towards large-scale processes to be taken in the early work packages, than could be anticipated before the start of the project. Therefore, the sub-results in work packages 1-3 could be met. The project has produced a graphene suspension with a higher concentration and in larger volumes, and have developed a technique for the application of graphene flakes and post-treatment with heat and pressure. This has led to considerable improvements in the thermal conductivity. However, more work is needed on how the salt can be integrated with the graphene (work package 4).

The project has significantly increased the knowledge of graphene and has laid a very good foundation for a future industrial production. A demonstrator has been built within the project, which has shown that we are on the right path.

The most important insights are that the graphene material in the matrix can both function as a good thermal conductor in the plane, and that when the graphene material is combined with SaltX Technology's salt, the conductivity within the salt mass can be improved. These two advantages mean that we can remove expensive and corrosive metal parts in the matrix. Another insight is that the graphene can be produced and applied on a large scale.

A clear improvement potential could be observed, thanks to the integration of graphene, but the graphene matrix therefore needs to be further developed before new products can be developed. The graphene-based matrix is ​​estimated to be productized for sales in early 2020.

Utlysning:
Förstudieprojekt och Forsknings- och innovationsprojekt sommaren 2016

Projektpartners: SaltX Technology Holding AB (ClimateWell) (publ), Chalmers Industriteknik (CIT)

Projektledare: Ulrika Tornerefelt

Bidrag: 1 202 000 kr

Projektets löptid: 2016 - aug 2018

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: