Svensk startup satsar på tre gånger bättre anod

2022-02-07 14:13  

Trots stora förhoppningar på supermaterialet grafen har det gått trögt att införliva det i batterier. Men nu siktar ett svenskt nystartat företag på att ha ett nytt grafenförstärkt anodmaterial till försäljning redan 2025.

Grafen består att ett atomlager kol men är ändå starkt, böjligt, elektriskt ledande och genomskinligt. Det har lett till enorma förhoppningar på förbättrade batterier.

I Sverige finns det flera företag som arbetar med grafen till batterier. Det nybildade Sundsvallsföretaget Granode Materials, som har avknoppats från grafentillverkaren 2D Fab, planerar att lansera ett nytt anodmaterial för litiumjonbatterier på marknaden 2025.

Läs mer: Bakslag för supermaterialet – hålls ändå som ”gamechanger”

Anodmaterialet består av kisel och grafen. Företagets mål är att lagringskapaciteten per viktenhet i anoden ska bli tre gånger högre med det nya materialet. I ett helt batteri skulle det kunna betyda en viktminskning om cirka 20 procent för en given lagringskapacitet.

Grafentillverkaren 2D Fabs fabrik. Foto: 2D Fab

Metoden för att tillverka anodmaterialet har utvecklats vid Mittuniversitetet och rättigheterna har köpts av Granode Materials.

”Huvudsakligen kisel som står för den ökade prestandan”

Grafen används för att det har god elektrisk ledningsförmåga, kan transportera litiumjoner och bildar en mekaniskt stabil struktur för att hålla kontakt med kislet.

– I vårt material är det huvudsakligen kisel som står för den ökade prestandan i slutapplikationen, säger Richard Norén, vd för Granode Materials.

Kisel har betydligt högre energitäthet än grafit, som vanligtvis används som anodmaterial i litiumjonbatterier. Men svårigheten med kisel är att sväller och krymper när batteriet laddas upp och ur, vilket får materialet att gå sönder och tappa den elektriska kontakten. Det tror sig Granode Materials ha löst genom att använda nanopartiklar av kisel som omges av grafen.

– De mekaniska påfrestningarna av upprepade cykler av svällning och krympning blir inte lika stora i sådana små partiklar och grafenets egenskaper gör att den elektriska kontakten bibehålls, säger Richard Norén.

”Grafen är en väldigt god värmeledare”

Även om definitionen på grafen är att materialet bara ska bestå av ett tvådimensionellt skikt av kolatomer är en del företag mer generösa med terminologin. Ofta kan det som kallas grafen därför egentligen handla om material där flera grafenlager har staplats på varandra.

– Många slirar på orden med grafen. Standarden säger att om man använder upp till tio grafenlager så är det grafen. Sedan är det grafit över det, säger Jon Wingborg på nätverket SIO Grafen.

Richard Norén på Granode Materials vill inte svara exakt på hur många lager grafen företaget planerar att använda.

– Vi använder den grafenkvalitet som ger bäst pris i relation till prestanda. I dag innebär detta att vi använder grafen av flera lager då det är svårare, och därav dyrare, att tillverka stora mängder av grafen med väldigt få lager, säger han.

Graphmatech arbetar med grafen i batterier på flera olika sätt. Här mäts värmeledningsförmågan i ett kompositmaterial av polymer och grafen. Foto: Graphmatech

Ett annat svenskt företag som satsar på att förbättra batterier med hjälp av grafen är Graphmatech i Uppsala. Där är det två spår som främst står I fokus. Det som ser ut att bli lättast att förverkliga handlar om att utnyttja grafenets värmeledande förmåga i själva höljet till batteripacken så att battericellerna innanför inte blir för varma.

– När batterier laddas upp och ur värms de och cellen bryts ned. Grafen är en väldigt god värmeledare så vi håller på att utveckla polymerbaserade kompositer för att kyla batteripacken, berättar Mamoun Taher, vd på Graphmatech.

Han hoppas ha ett sådant material att lansera på marknaden om två till fem år.

Pyttesmå filtar ska omge partiklarna

Det andra spåret kommer att ta längre tid. Det handlar om att skydda katodmaterialet i LNMO-katoder med grafen.

Graphmatechs labb i Uppsala. Foto: Graphmatech

LNMO står för litium, nickel, mangan och oxid. Materialet är hett i forskarvärlden för att det skulle kunna få upp spänningen i litiumjonbatterier så att energilagringsförmågan ökar. Tio procents längre räckvidd i en elbil är förhoppningen.

Problemet är att materialet är väldigt reaktivt och bryts ned av elektrolyten. Än finns inga LNMO-batterier på marknaden.

Graphmatech siktar bland annat på att använda grafen för att kyla elektronik. Foto: Graphmatech

Graphmatechs plan är att grafen i form av tunna och pyttesmå filtar ska omge partiklarna i katodmaterialet för att förhindra nedbrytning. Hittills har företaget sett att det fungerar i labbskala.

Men Mamoud Taher tror att det kommer att ta fyra till tio år innan ett sådant batteri kan komma ut på marknaden.

– Det beror på komplexiteten i reaktionerna, säger han.

Grafen i superkondensatorer

Det har gått fortare för superkondensatorer att införliva grafen än för batterier. Estniska Skeleton Technologies har till exempel redan grafenförstärkta superkondensatorer i sitt produktsortiment. Företaget säger sig använda en patenterad form av böjd grafen som ger högre energi- och effekttäthet.

Superkondensatorer är precis som batterier en form av energilager, men lagrar en mindre mängd energi och laddar upp och ur betydligt snabbare. Uppbyggnaden är mycket lik ett batteri, med två elektroder och en elektrolyt, men energin lagras inte kemiskt genom en redoxreaktion utan i ett elektrostatiskt fält.

Linda Nohrstedt

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt