Technologies flerfaldigar nu sin tillverkningskapacitet av batterier och kondensatorer för höga och momentana effekter. Det är så kallade superkondensatorer och superbatterier.

I Markranstädt strax utanför Leipzig inviger Skeleton inom några månader en fabrik med kapacitet att tillverka 4 miljoner stora superkondensatorceller årligen. Den blir världens största och är dessutom förberedd för att utöka produktionen upp till 12 miljoner celler om året.

Under våren och försommaren i år inleder Skeleton tillverkningen av så kallade super­batterier i en takt på 2 miljoner om året i ­Varkaus i östra Finland.

– Det är trenden mot en ökad elektrifiering som driver efterfrågan på superkondensatorer, säger Mikael Johansson som är Skeletons marknadschef för tillämpningar inom fordonssegmentet.

En superkondensator används för att lagra energi. Men till skillnad frän ett batteri används den för att laddas upp och laddas ur under korta ögonblick, från bråkdelar av en sekund upp till en minut. Den klarar att hantera mycket höga effekter och behåller sin laddning under lång tid.

Ett uppladdningsbart batteri är mycket energitätare än en superkondensator, men är betydligt sämre på att hantera stora effekter. Superkondensatorn och batteriet är två kompletterande tekniker med olika användningsområden.

Under de senaste åren har Skeleton lanserat en tredje typ av lagringsteknik. Det är en slags hybrid – en superkondensator som även lagrar sin energi med kemiska reaktioner. ­Superbatteriet ska överbrygga prestandagapet mellan superkondensatorn och batteriet. Energitätheten är högre än hos superkondensatorn. Men den klarar fortfarande att hantera större effekter än batteriet.

Superkondensatorerna kan beskrivas som stora elektrolytkondensatorer. De består av två ihoprullade folier av ett ledande material med ett dielektrikum mellan sig. Superkondensatorns elektroder har mycket större yta och avståndet mellan elektroderna är längre än för kondensatorer till vanlig elektronik. Kapacitansen hos en superkondensator är flera tusen Farad. En kondensator för låg­effektelektronik har en kapacitans på tusendelar eller miljondelar av en Farad eller ännu mindre.

Enligt egna uppgifter är Skeleton ensamt om att använda materialet krökt grafen (eng ”Curved Graphene”) i sina komponenter. ­Företaget hävdar att materialet ökar förmågan att lagra laddningar på kondensatorernas elektroder. Ett intensivt forskningsarbete om grafen pågår på många institutioner och företag i Europa sedan materialet framställdes för första gången 2004 och några år senare belönades med Nobelpriset.

Den största superkondensatorcellen i Skeletons standardsortiment är på 5000 F och 3 V. Måtten är 60✕138 mm (d✕l) och komponenten väger drygt ett halvt kilo. Fulladdad är energiinnehållet 6,3 Wh. Under en sekund klarar superkondensatorn att utveckla en effekt på 11,2 kW. Genom att bygga samman många superkondensatorceller i en modul, i ett rack eller i en container kan man konstruera allt från startbatterier till dieselmotorer till system för att kapa effekttopparna i ett kraftnät, eller jämna ut förbrukningen i ett datacenter.

Startbatterier för dieselmotorer, baserat på superkondensatorer, har funnits på marknaden under flera år.

– En vanlig användning för vår lösning Skelstart är för maskiner som ofta står oanvända i minusgrader under långa perioder, det är till exempel skogsmaskiner. Vanliga blysyrabatterier laddar ofta ur under sådana förutsättningar, säger Mikael Johansson.

Ett fulladdat startbatteri med superkondensator har kapacitet för upp till 10–12 starter innan det behöver en stunds uppehåll för att åter bygga upp sin laddning. I allmänhet räcker det med ett startförsök för att dra igång motorn. Reservelverk som alltid står redo vid strömavbrott är en annan vanlig användning. Här måste blysyrabatterier, som vanligen används som startbatteri, underhållsladdas kontinuerligt. Mikael Johansson uppger att livslängden på ett blysyrabatteri är omkring fyra år. Därefter behöver det bytas ut även om elverket aldrig behövt gå i gång under den perioden. En lösning baserad på superkondensatorer har vanligen samma livslängd som reservkraftsanläggningen.

En tredje tillämpning för superkondensatorer, som förväntas växa under de kommande åren, är batterier som används för att starta fordon som drivs av vätgasdrivna bränsleceller. En extern strömkälla behövs nämligen för att komma i gång och här passar superkondensatorerna utmärkt.

Men förmodligen är det i elnäten som superkondensatorerna kommer att få sin riktigt stora betydelse. En växande andel av elenergin kommer idag från förnybara strömkällor, i praktiken vindkraftverk och solcells­parker. När det börjar blåsa, vinden mojnar eller solen går i moln utsätts elnäten för stora påfrestningar.

Här används de snabba superkondensatorerna som buffert för att kapa effekttopparna. De har också börjat ingå som en del av ställverken hos några stora tillverkare av system för elkraftdistribution.

Skeletons standardkomponent för den typen av tillämpningar är ett rack med super­kondensatorer. Det klarar effekter på omkring 2 MW. Genom att ett flertal rack monteras in i en 40-fotscontainer får man en lösning som kan laddas upp och laddas ur med flera tiotals MW.

AI-vågen har inneburit en något överraskande utmaning för elnäten. AI-beräkningarna är nämligen mycket effektkrävande. Beräkningsuppdragen kommer från användare på internet och belastningstopparna i serverhallarna är svåra att förutse. Ett primitivt sätt att jämna ut förbrukningen i serverhallarna är att sysselsätta processorenheterna med meningslösa dummyberäkningar under den tid det finns få AI-uppgifter att ta hand om. Istället har en rad serverhallar börjat installera en bank av superkondensatorer, vilket sänker förbrukningen.

– Just nu är det nog vår snabbast växande tillämpning för superkondensatorer. I princip är det samma typ av lösning som används vid parker för vind och solkraft, säger ­Mikael Johansson.

Skeleton Technologies grundades för 15 år sedan och har idag 330 anställda. Grundarna, de estniska entreprenörerna Oliver Ahlberg och Taavi Madiberk är fortfarande aktiva i före­taget som styrelseordförande och vd. Huvudkontoret och systemutvecklingen är baserad i Tallinn.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen. Prenumerera kostnadsfritt!

Produktionen sker idag främst Tyskland. Där tillverkas superkondensatorcellerna och det ingående materialet. I både Tyskland och Frankrike finns forsknings- och utvecklingsavdelningar. I Finland är nu produktionslinjen för superbatterier på väg att sättas upp. För närvarande deltar Skeleton Technologies i fem EU-finansierade forskningskonsortier i Horizon-programmet.

Företaget har gått igenom flera finansieringsomgångar och har idag dragit in omkring 3,5 miljarder kronor från stora investerare. Några av dem är den tyska kraftjätten Siemens och Marubeni, som är ett av Japans största handelskonglomerat med intressen i bland annat Hitachi.