Det första försöket att skapa ett strukturellt batteri gjordes vid Army Research Laboratory i USA redan 2007. Tre år senare skapades de första varianterna i Sverige.
– Sedan dess har vi varit i täten, Sverige leder den här forskningen, säger Leif Asp, professor vid Chalmers som
håller i ett forskningsprojekt om strukturella batterier där även KTH deltar.
Viktigt för transportsektorn
2018 visade en Chalmersledd studie att det går att lagra energi direkt i kolfiber som batterielektroder. Nästa utmaning var att förena hög energilagringsförmåga med goda mekaniska egenskaper hos materialet, ett problem som nu kan vara löst.
– Genom att kombinera kolfibrer i ena elektroden med en strukturell batterielektrolyt som utvecklats på KTH, har vi lyckats få ett material som är både tillräckligt styvt och starkt och kan fungera som elektroder i litiumjonbatterier, säger Leif Asp.
I framtiden kan strukturella batterier betyda mycket för möjligheten att ställa om transportsektorn till eldrift. Men än lär det dröja några år innan de första bilarna med karosser som samtidigt är litiumjonbatterier rullar på vägarna.
– Tekniskt sett skulle denna typ av material kunna driva dagens 12-voltssystem (som driver bilens grundläggande elektronik och säkerhetssystem, reds anm) inom fem år. För att driva bilar eller flyg är tidshorisonten minst tio år, säger Leif Asp.
Ingen gruvdrift
Även vid Uppsala universitet pågår banbrytande batteriforskning. Målet är att utveckla billiga och miljövänliga batterier för storskalig lagring av el från sol- och vindkraft.
– Det kommer att krävas otroligt mycket batterier för att balansera elnätet när andelen förnybar el ökar. Då är det viktigt att batterierna är både billiga och miljömässigt hållbara, säger forskaren Christian Strietzel på Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet.
Strietzel och hans kollegor är bland de första i världen att ta fram ett helorganiskt protonbatteri. Att batteriet är organiskt innebär att elektronmaterialet i batteriet bygger på kolväten och inte – som i konventionella batterier – på metallföreningar.
– En stor miljövinst med det är att det inte krävs gruvdrift för att ta fram råvaran, och utsläppen som orsakas när batterimetaller bearbetas undviks också, säger Christian Strietzel.
Istället för litiumjoner används vätejoner, som bara består av protoner – därav beteckningen protonbatteri.
Lägre utsläpp
De kolväten som ingår i batteriet kan framställas antingen syntetiskt eller av naturlig råvara från exempelvis skogen. Processen ger 70 procent lägre koldioxidutsläpp än motsvarande process vid konventionell batteritillverkning.
Som elektrolyt, det vill säga den vätska där protonerna transporteras, används en sur vattenlösning.
– Vatten är både lättillgängligt och miljövänligt och protonerna rör sig snabbt i lösningen, vilket innebär att batteriet laddas på kort tid.
Protonbatteriet kan laddas upp och laddas ur mer än 500 gånger utan att förlora i kapacitet och har även den fördelen att det inte påverkas av omgivande temperaturer.
Billiga kolväten
De kolväten batteriet består av kommer i dagsläget från oljeråvara.
– Olja innehåller byggstenar som man kan bygga fantastiska saker med och det är billigt. Så länge du inte bränner upp batteriet skadar det inte klimatet. Med förnybar råvara vore batteriet förstås helt och hållet miljövänligt, men betydligt dyrare, säger Christian Strietzel.
Forskarna har redan börjat titta på hur protonbatteriet kan nå marknaden.
– En rimlig tidshorisont kan vara fem eller tio år, det är den optimistiska bilden. Men… man får väl vara lite optimistisk, säger Christian Strietzel.
