Utvecklingen av ny batteriteknologi är en av förutsättningarna för att samhället ska klara omställningen från transporter och energiproduktion som baseras på fossila bränslen och gå över till förnybara energikällor.
Traditionella batterier som lagrar energi med hjälp av kemiska reaktioner är mindre lämpliga ur hållbarhetssynpunkt och dessutom olämpliga för laddning och urladdning av de stora mängder energi som genereras av sol- och vindkraftverk.
Grön energi behöver ny batteriteknologi
– Fordonsindustrin behöver sänka kostnaderna för att tillverka elbilar för att kunna bidra till ett fossilfritt samhälle. Energiproduktion från väderberoende källor som sol och vind kräver teknologi som effektivt kan buffra och lagra energi, säger Nicklas Blomquist, forskare och projektledare vid Mittuniversitetet i Sundsvall.
Kan något till synes så enkelt som kartong bestruken med grafen och indränkt i saltvatten erbjuda en kostnadseffektiv och miljömässigt hållbar väg in i ett fossilfritt samhälle? Ja, visar nya rön från ett pionjärprojekt som Nicklas Blomquist och hans forskarteam driver tillsammans med Iggesund.
Sekundsnabb uppladdning och urladdning
Det går ut på att utveckla en prototyp av en så kallad superkondensator – en teknik för att lagra energi som möjliggör sekundsnabb uppladdning och urladdning av stora mängder energi. Istället för att utnyttja kemiska reaktioner som traditionell batteriteknologi gör, lagrar en kondensator energi i elektriskt laddade fält, eller ytskikt.
Att tillverka en superkondensator kostar en bråkdel av vad det kostar att tillverka ett traditionellt batteri och livslängden är avsevärt mycket längre. Men, eftersom energidensiteten i en kondensator är mycket lägre än i ett traditionellt batteri krävs en förhållandevis stor yta och att bestrykningen av elektrodmaterialet som ska laddas upp elektriskt har exakt rätt egenskaper.
Grafen, bestrykning och ytskikt
I Mittuniversitetets pilotprojekt använder forskarna grafen – ett lager av grafit som bara är en atom tjockt – blandat med vatten och nanocellulosa som bindemedel, för att skapa ett skikt av elektroder. Att man använder grafen beror på dess goda ledningsförmåga.
För att kunna bestryka ett underlag, eller ett substrat, med ett så pass speciellt material krävs djupgående kompetens inom bestrykning. Därför var det naturligt för forskarna att ta kontakt med Iggesund, som under många år utvecklat bestruken kartong för olika ändamål och med olika ytskikt.
Expertkunskap ovärderlig i forskningsprojektet
– Genom att bidra med ovärderlig expertis och maskiner är Iggesund en viktig partner med vars hjälp vi har kunnat gå från tester i labbmiljö till tester på fullskalig industriell produktion.
Johan Lindgren, forskare och chef för Iggesunds utvecklingsavdelning, kommenterar:
– Iggesund är känt för sin djupgående expertis inom bestrykning. Genom vårt samarbete med Mittuniversitet har vi ytterligare fördjupat vår förståelse för hur olika slags material reagerar när de bestryks och hur de fungerar på kartong.
"Det blir knappast mer hållbart än så här. Batteriet är helt ofarligt för människor och miljö."
Kunskap inom bestrykning är avgörande för att en superkondensator ska få det ytskikt av elektroder som krävs för att den ska kunna leda och lagra elektricitet på det sätt som det är tänkt.
– Iggesund vet det mesta om bestrykning och hur kartong reagerar med olika typer av bestrykningsfärg och andra parametrar som hastighet, absorptionsgrad och textur hos bestrykningsvätskan. En bestrykningsfärg som är baserad på dessa nanomaterial förändras vid skjuvning, såtillvida att den går från att vara vattnig medan den rörs om, till fast om den inte rörs, förklarar Nicklas Blomquist.
Nicklas Blomquist, forskare och projektledare vid Mittuniversitetet i Sundsvall och Johan Lindgren, forskare och chef för Iggesunds utvecklingsavdelning.
Superkondensatorer har funnits länge, men den teknik som utvecklas och förfinas i det här pilotprojektet är unik genom att bara utnyttja miljövänliga råvaror. Samtliga ingredienser i elektrodmaterialet är vattenlösliga och det nya superbatteriet är tillverkat av enbart miljövänliga råvaror som kartong, grafit, cellulosa och saltvatten, och laddas med energi från sol, vind och vatten.
– Det blir knappast mer hållbart än så här. Batteriet är helt ofarligt för människor och miljö, man kan till och med äta det, säger Nicklas Blomquist.
Ett recept för en grön framtid
Det skulle förmodligen inte smaka särskilt gott, men det nya ”superbatteriet” är ett recept för en grönare framtid som snart kan bli verklighet:
– Vi räknar med att genomföra tester i stor skala under 2020. När kärnkraften fasas ut måste sol och vind svara för en större del av energimixen. Men för att det ska bli möjligt krävs lagring och buffring av förnybar energi i en helt annan skala än idag, och vårt pilotprojekt kan spela en avgörande roll i det, konstaterar Nicklas Blomquist.
Text: Jonas Rehnberg
Foto: Anna-Clara Eriksson