JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
söndag 28 november 2021 VECKA 47

Svenska forskare har visat att det går att tillverka papper med inbakad elektronik i en pappersmaskin. I ett pilotprojekt har de tillverkat 10 meter långa och 20 centimeter breda elektroniska pappersremsor. Nästa steg är ta fram en prototyp av en energilagringskomponent.

– Vi arbetar med att göra ett papper som i sig är elektroniskt, till skillnad mot när man trycker elektronik på papper eller annat substrat, förklarar Isak Engquist, biträdande professor i organisk elektronik vid LiU i Norrköping.

Den långa rullen elektroniskt papper är resultatet av två forskningsinitiativ som korsats: projektet 0D+1D+2D=3D och DCC (se ruta).

Isak Engquist

– Genom DCC blev vi varse att Ahlstrom-Munksjö har en pilotlina i Frankrike med personal som är van vid att jobba med konstiga papper. Där utvecklar företaget nya typer av papper för den egna produktionen.

Det är i den pilotpappersmaskinen som forskarna nu tagit steget från ett litet ark i labbet till tio meter långa pappersremsor.

Historik

Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet visade upp den första prototypen av elektroniskt papper – ett ark på 15 centimeter i diameter – år 2015. Därefter har forskare från LiU, KTH och Rise utvecklat konceptet vidare inom det femåriga SSF-projektet 0D+1D+2D=3D. En elektronisk 3D-struktur, som bygger på strukturen i vanligt papper, har tagits fram.
I slutet av 2017 drog Digital Cellulose Center (DCC) igång. Det är ett forskningscenter lett av Rise med fokus på att utveckla elektriskt aktiva produkter av cellulosa. Här ingår deltagarna i 3D-projektet men också andra, däribland pappersbolaget Ahlstrom-Munksjö. Synergier mellan DCC och 3D-projektet har lett till att det nu är visat att elektroniskt papper kan produceras i industriell skala.

– Det har varit en jätterolig möjlighet, för någon sådan pilotpappersmaskin har vi inte här i Norrköping.

Pappersremsorna är gjorda av en blandning mellan cellulosa, ledande polymerer och aktivt kol. Vid tillverkningen sprids blandningen uppblött i vatten ut på ett finmaskigt plastnät. Därefter avlägsnas vattnet i flera steg innan pappret till slut rullas upp.

Efter att de färdiga rullarna nått Sverige har forskarna konstaterat att resultatet ser oerhört lovande ut. Pappret har hög ledningsförmåga och på sikt tros det ha potential att användas för volymtillverkning av energilagrings- och elektronikkomponenter.

Närmast har forskarna två mål i sikte. Det ena är att bygga en energilagringskomponent – en superkondensator – av pappret.

– Det andra är att skriva en vetenskaplig artikel om själva pappret, vilka egenskaper det får när vi mäter upp det och hur vi gör det. Detta är så nytt att vi inte hunnit färdigt än.

En blandning av cellulosa, ledande polymerer och aktivt kol uppblött i vatten sprids ut på ett finmaskigt plastnät för att sedan torkas och slutligen rullas upp.

Även om pappret i framtiden kan komma att vara användbart i flera olika tillämpningar – exempelvis klippt itu för att driva IoT-sensorer – är forskarnas dröm storskalig energilagring.

En stark drivkraft är just att försöka ta fram material och processer för storskalig energilagring som är hållbar. Det betyder att materialen ska vara förnybara och inte giftiga eller sällsynta, men också att produktionsmetoderna ska vara hållbara och inte involvera farliga lösningsmedel eller andra processer med stor miljöbelastning.

Den planerade prototypen ska tas fram i Norrköping.

– Tidigare har vi tillverkat denna typ av superkondensatorer i liten skala i labbet och publicerat kring det. Mätdata för det nya pappret är redan jämförbart med labbresultatet, konstaterar Isak Engquist.

I en kortserie presenterar Elektroniktidningen ett axplock små och stora företag, men också projekt, som satsar på att kommersialisera material för att skapa miljövänlig energilagring i form av batterier eller superkondensatorer.

För den insatta betyder det att papprets specifika kapacitans per viktenhet preliminärt ligger över 85 Farad/gram, men forskarna tror att de kommer att kunna nå 100 F/g vilket väl motsvarar kommersiella superkondensatorer.

Tittar man på kapacitansen per ytenhet så ligger den på cirka 0,3 F/cm2. Målet är att nå 1 F/cm2, vilket vid en spänning på 1,5 V skulle ge runt 0,4 mAh/cm2.

För den mindre insatta säger Isak Engquist:

– Vi är klart nöjda. Mellan tumme och pekfinger brukar jag säga att vi får en energitäthet som är en tiondel av en vanlig uppladdningsbar battericell, medan effekttätheten ligger åtminstone lika bra till med potential att bli bättre.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen.
Prenumerera kostnadsfritt!

Onekligen ser resultatet lovande ut. Trots det finns ingen tanke på en avknoppning.

– Nej, i så fall är det mer troligt att användbara resultat från denna forskning går in i ett redan existerande företag, exempelvis Ligna som också deltar i DCC, säger Isak Engquist.

Tekniken som Ligna Energy (länk) arbetar med att kommersialisera har rötter i samma första forskningsprojekt mellan LiU och KTH som denna forskning.

Fler artiklar i reportaget:
Ligna: Pappersbatteri som håller solcell vid liv
Altris: Stark medvind för natriumbatteri
Skopas Tech: Snabbladdat, billigt och miljövänligt
Billerud Korsnäs: Batterier på rulle
Enerpoly: Laddar för att ladda oladdbart energilagring
Bright Day Graphene: De vill skapa grafenflagor i Värmland

MER LÄSNING:
 
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus