Norrköpingsföretaget Ligna Energy vill ta vara på lignin – en organisk förening i naturen som bidrar till att ge trä sin mekaniska styrka.

Peter Ringstad

– Skogsindustrin använder cellulosan som är cirka 70 procent av det som utvinns ur träråvaror vid massatillverkning. Resten är avfall, det är den delen som vi i framtiden vill göra batterier av, säger Peter Ringstad, vd på Ligna.

Det låter onekligen bra. Peter Ringstad kan däremot inte avslöja detaljer kring batteriets byggblock och funktion, eftersom tekniken ännu inte är fullt patentskyddad.

Några släpper han dock. Elektrolyten består exempelvis av vatten med salter och batteriet har tunna metallkollektorer. Det aktiva materialet i den positiva elektroden består av kol och lignin, medan den andra sidan består av en annan organisk polymer och kol. Mellan lagren används en cellulosabaserad separator.

Elektroderna läggs samman med en separator och beläggs med en tunn metallfolie i en trycklina. Där­efter rullas det till cylindrar, som placeras i en förpackning. En elektrolyt fylls på och battericellen förseglas.

Grundfunktionen i batteriet är en så kallad redox-reaktion, kort för reduktion-oxidation-reaktion. Mer exakt vilka joner som rör sig är däremot inte officiellt ännu.

– Det unika i batteriet är materialval i elektroder och i cellen. Däremot använder vi befintlig produktionsteknik.

Peter Ringstad pekar på fyra fördelar: pris, skalbarhet, miljövänlighet och säkerhet. De två sistnämnda kommer av materialvalen, som varken ger stort CO2-avtryck eller är explosiva.

– Men vår batteriteknik är också den mest kostnadseffektiva. Då tänker jag på kostnad per kilowattimme och djupurladdningscykel. Kunden betalar ju för att kunna ladda upp och ur sitt batteri så många gånger som möjligt innan uppladdningsförmågan är slut.

Batteri på rulle.

Inom forskningsprogrammet Horizon 2020 specificerar EU också just parametrarna dollar per wattimmar och laddcykel som ett kvalitetsmått. Då handlar det om en djupurladdnings­cykel, vilket innebär att mer än 80 procent av batteriets kapacitet ska laddas ur under en cykel.

I skrivande stund går Ligna ut med en cykelstabilitet på 2 500, men egentligen klarar batteriet betydligt mer.

– Inom sex månader är vi officiellt på 5 000 cykler. Det är riktigt bra. Ett vanligt litiumjonbatteri ligger på i storleksordningen 500 till 1 500 cykler vid djupurladdning, kommenterar Peter Ringstad.

Lignin används idag främst som bränsle, exempelvis för att producera värme.

e ligninbaserade batteri­cellerna från Ligna har idag en energitäthet på 20 wattimmar per kilo (Wh/kilo) och en mycket hög effektförmåga. Utmaningen är att få ut effekten.

– Även om vi har extremt bra effekttäthet i cellen brukar vi säga att det inte är rimligt att få ut mer än 1 000 watt per kilo i sitt slutsystem när det handlar om större energilager.

Den som är insatt vet att 1 000 W/kilo indikerar att tekniken klarar snabba förlopp.

– Vår batteriteknik skulle exempelvis kunna passa bra för snabbladdning av elbilar eftersom den har så snabb upp- och urladdningsförmåga, inflikar Peter Ringstad.

Laddstationer för bussar och bilar kan vara en ingångstilllämpning. Likaså tror företaget att tekniken kan vara attraktiv för fastigheter som vill ha ett batterirum i källaren, eftersom lösningen är både säker och miljövänlig.

På sikt tänker sig Ligna snarare att tekniken användas för containerbaserade grid-tillämpningar som kan täcka upp för förnybart, som sol och vind.

– Det kommer att behövas kompletterande lösningar inom energilagring. Vi siktar på stationära lagringstillämpningar där utbyteshastigheten på lagret ligger inom en vecka. Det tidsperspektivet passar väl för sol och vind.

Här kommer skalbarhet hos Lignas batteriteknik in som en oerhört vital ingrediens.

Några enkla antagande tydliggör varför: Säg att tillväxten för stationära elektriska energilager ligger på 30 GWh per år – det är lågt räknat, men rimligt. Lek med tanken att Lignas batteriteknik ska täcka upp för tio procent av denna tillväxt.

– Det motsvarar cirka 200 000 ton elektrodmaterial vilket är vad en enda pappersmaskin tillverkar på ett år. Ligninet på jorden kommer alltså inte att ta slut för att vi bygger energilager, säger Peter Ringstad och adderar:

– Skalbarheten är jätteviktig eftersom behovet av att lagra energi är så extremt stort i världen, och det som hindrar hela omställningen mot fossilfritt.

Företagets långsiktiga affärsidé är att licensiera den egenutvecklade tekniken till etablerade eller nya batteritillverkare.

I sin nuvarande affärsplan räknar dock Ligna med att behöva ta fram battericeller i en lönsam produktionsenhet.

– Innan vi kan leva på licens­intäkter måste vi visa att det fungerar att producera batterier lönsamt.

Hittills har företaget ­tillverkat och testat främst knappcells­batterier i Norrköping.

Under år 2020 är planen att ta sig ur labbet till industriell produktion. Det första steget är då att tillverka klassiska 18-650-celler med hjälp av en extern partner. Pengar till den investeringen håller företaget på att dra in just nu.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen. Prenumerera kostnadsfritt!

– Därefter kommer vi att investera i en egen produktionslina här i Norrköping. Då optimerar vi produktionen för design och att göra större batterier. Målet är att leverera egenproducerade batteripackar till kund redan år 2022.

Exakt vilken storlek det blir är ännu inte beslutat. De demonstratorer som byggs under 2020 är batteripackar om runt 10 kilo styck. Det betyder att cirka 400 cylinderbatterier i 18-650-format packats samman till en enhet.

– När vi har byggt vår proto­typ­lina vill vi tillverka större, men fortfarande cylindriska celler, för vi tror att den processen går bäst att automatisera och massproducera.

För att bygga den planerade produktionslinan behöver Ligna ta in ytterligare 40–50 miljoner kronor. – Om pengaflödet flyter på visar våra beräkningar att vi kan ha en lönsam fabrik igång om fyra-fem år, säger Peter Ringstad.

Sidospår – men ändå möjligt De två Norrköpingsföretagen Ligna Energy och Epishine är båda sprungna ur forskning kring organisk elektronik på Linköpings universitet. Den starka kopplingen har bäddat för innovation labbet. Nyligen visade de två företagen i ett test upp en lösning där ett batteri från Ligna och en organisk solcell utvecklad för inomhusbruk från Epishine gemensamt drev en sensorenhet på ett kontor. Ett test i labbet visade att solcellen kan driva den energisnåla sensorn och även ladda batteriet när kontorsbelysningen är tänd. Batteriet klarar sedan att driva sensorn under åtminstone fyra dagar om belysningen är släckt och det är mörkt hela tiden. Idag använder Epishine kondensatorer för att lagra energin från solcellerna, men företaget ser fördelar med ett pappersbatteri. Dels är batterierna platta vilket ger bättre designegenskaper, dels har de mindre miljöpåverkan. För Ligna är det beskrivna testet ett sidospår eftersom företaget satsar på storskalig energilagring (se artikel ovan) och inte knappcellsbatterier. Samtidigt visar demon på batteriteknikens potential, och på hur den skulle kunna användas i framtiden.