Mjuka batterier av trä

Forskare vid KTH och universitetet i Stanford har konstruerat ett batteri med hjälp av cellulosa från träd. Det är elastiskt och tål stötar, och påstås kunna lagra betydligt mer energi på mindre utrymme än konventionella batterier.

Materialet som forskarna använder kallas nanocellulosa, och är nedbrutna trädfibrer.

Genom att frysa nanocellulosan upplöst i vatten och sedan frystorka den så att vattnet övergår från is till gas, utan att passera via ett flytande tillstånd, kan man framställa aerogel; ett luftigt material som utgör själva basen i detta forskningsarbete.

– Materialet liknar ungefär skummet i en bäddmadrass, fast lite hårdare, lättare och mer poröst. Det går att trycka på det utan att det går sönder, säger Max Hamedi, forskare vid KTH och Harvard.

Genom att addera elektriska egenskaper till aerogelen – i detta fall bläck som leder ström – kan man skapa ett material med helt ny karakteristik.

En speciellt intressant egenskap hos aerogelen är dess porösa karaktär. Utrymmet inuti någon kubikdecimeter aerogel motsvarar ytan av en hel fotbollsplan.

– Tidigare har batteritillverkare jobbat i två dimensioner. Nu är vi inte längre begränsade till 2D. Vi kan bygga i tre dimensioner, vilket ger möjligheten att få plats med mycket mer elektronik på mindre yta eller volym, förklarar Max Hamedi.

Batterier som man kan trycka och klämma på utan risk för kortslutning är ett exempel på vad man kan skapa med aerogelen.

– Man kan trycka hur mycket man vill. Böj- och sträckbar elektronik finns ju redan, men elektronik som är okänslig för stötar och slag är något nytt. Dessutom har ju batterier fram till idag varit kända för att vara hårda komponenter, säger Max Hamedi.

Framåt ser forskarna att denna typ av mjuka och formbara batterier kan vara intressant för exempelvis elbilar, där batterierna kan ingå som en del av karossen. Men de kan också komma att användas i exempelvis kläder.

– Så länge som kläderna har ett foder och inte bara består av bomull i ett lager så skulle det gå. Vi har inte gått den vägen med vår forskning, men sådana möjligheter finns, säger Max Hamedi.

Forskningen har utförts vid Wallenberg Wood Science Center på KTH. KTH-professor Lars Wågbergs arbete kring aerogeler ligger till grund för resultatet kring mjuk elektronik. En av världens ledande batteriforskare, professor Yi Cui från Stanford, har också varit samarbetspartner.

Forskningsresultaten har precis publicerats i Nature Communication under rubriken "Self-Assembled Three-Dimensional And Compressible Interdigitated Thin Film Supercapacitors And Batteries”.