– Det är det här geléaktiga materialet det handlar om, säger Olle Inganäs och håller upp ett provrör med en genomskinlig massa i.

Olle Inganäs är professor emeritus i biomolekylär och organisk elektronik vid Linköpings universitet. Hans forskarkarriär har bland annat resulterat i träbaserade batterier och papperstunna organiska solceller, nu ska han ta sig an utmaningen storskalig energilagring.

I dag kan vi producera alltmer av vår el från förnyelsebara källor som sol- och vindkraft. För att utnyttja det fullt ut behöver vi kunna lagra energin för senare användning. Solelen måste till exempel kunna lagras från dag till natt och el från vindkraftverk från blåsiga till vindstilla dagar.

Zinkbatterier utmanande att utveckla

Uppladdningsbara litiumjonbatterier är ett vanligt sätt att lagra energi och används i såväl elektronik som elbilar. Men de har vissa nackdelar. De kan börja brinna explosionsartat, innehåller ofta kobolt som utvinns under dåliga arbetsförhållanden och återvinningen av metallerna är komplicerad. Därför pågår en intensiv jakt på bättre lösningar.

– För storskaliga batterilager vore det bra med någonting säkrare. Och vi behöver använda material som är billiga, som det finns gott om och som har lägre miljöpåverkan än de vi har använt tidigare, säger Olle Inganäs.

I det här projektet använder han metallen zink som batteriets anod. Zink är en vanligare metall än litium, bryts i Sverige och är lättare att återvinna. I zinkbatterier kan också materialet mellan batteriets poler, elektrolyten, vara vattenbaserad och därmed inte brandfarlig.

Men att utveckla uppladdningsbara zinkbatterier med vattenbaserad elektrolyt är en utmaning. Under urladdningen kan det bildas brandfarlig vätgas och zinkavlagringar riskerar att kortsluta batteriet.

Räkskal och alger är råmaterial

Olle Inganäs har utvecklat en elektrolyt som verkar kunna lösa de här problemen. Inspirationen har han hämtat från de spiralformade proteinstrukturer som släpper in och ut joner ur människans celler och tillverkningen sker genom att blanda två naturligt förekommande polymermaterial: alginat och kitin. Alginat finns i havslevande alger och kitosan framställs från kitin ur skalen från kräftdjur. Den geléliknande elektrolyten visar lovande resultat, berättar Olle Inganäs.

– Den klarade 7000 cykler utan kortslutning, det är mycket för en sådan här process. Vi får selektiv transport av zinkjoner och tillräckligt god ledningsförmåga, säger han.
Ett batteri behöver också en katod. Olle Inganäs har tidigare visat att det går att tillverka katoder av trämaterialet lignin, en biprodukt från pappersindustrin. Katoderna presterade bra och resultaten publicerades i tidskriften Science 2012, men problemet var att de laddade ur.

Vi behöver bättre batterier för att utnyttja allt som är möjligt med el från sol och vind.

Den här gången vill Olle Inganäs i stället utnyttja den goda ledningsförmågan hos träkol; trä som har upphettats i en syrefattig miljö, pyrolyserats.

– Att träkol leder ström var känt redan av batteriets fader, Allessandro Volta, i slutet av 1700-talet, säger Olle Inganäs, vars intresse för vetenskapshistoria skymtar fram med jämna mellanrum under vårt samtal.

Olle Inganäs har visat att elektroder gjorda av träkol var minst lika bra som de mer komplicerade ligninelektroderna och undersöker nu närmare hur det kan användas som råmaterial för elektroder.

– Det här är roligt att se! Det är de första mätningarna vi gör på de här materialen. Det är skogsavfall av gran från norra Sverige som har pyrolyserats i kombination med ett zinksalt, säger Olle Inganäs, när vi går in i ett labb vid institutionen för fiber- och polymerteknologi på KTH.

Att vi befinner oss på KTH beror på att Olle Inganäs har lagt forskningen i projektet i befintliga miljöer hos personer han tidigare arbetat med, i stället för att återuppta aktivitet i sitt eget labb i Linköping. Forskare på Chalmers i Göteborg studerar jontransporten i elektrolyterna. En grupp i vid Linköpings universitet karaktäriserar elektrolyter och kolbaserade elektroder och här på KTH sätter forskarna ihop materialen i battericeller och genomför elektrokemiska mätningar.

Tredje gången gillt

Det här är tredje gången Olle Inganäs får ett Wallenberg Scholar-anslag och han siktar på att genomföra forskningen på tre år i stället för fem.

– Då vill jag ha nått dubbelt så hög energilagring som när jag startade med en bit träkol och ha stabila elektrolyter som klarar -20 till +60 grader Celsius och är användbara som stationära batterier.

Resultatet kommer då att vara i labbskala, men redan nu tänker han på att använda syntesvägar som fungerar för storskalig tillverkning. Han ser framför sig battericontainrar som kan stå vid vindkraftverk eller solcellsanläggningar, att batteriet kan fungera som laddstation eller användas i hamnar där det finns behov av snabba pulser av el för tunga lyft.

– Det finns många nischer för den typ av batterier vi vill uppnå: icke-brandfarliga, av billiga material med låg miljöpåverkan, säger Olle Inganäs.  

Text Sara Nilsson
Foto Magnus Bergström