About / Advertise
Råvara från skogen skulle kunna användas till mycket mer än papper och förpackningar. Genom att blanda i olika naturliga polymerer i pappersmassan går det att tillverka batterier med en vanlig pappersmaskin. Billerud Korsnäs är på god väg att kommersialisera tekniken.
Pappersbatterier är ingen ny idé, men tekniken håller efter många år i labben på att mogna.
– Vi ser det på patenten där man går från att patentera teknik till applikationer, men också på mängden startups, säger Lars Sandberg på Billerud Korsnäs.
Under sommaren har företaget tillverkat sitt första pappersbatteri i lite större volym. Det skedde hos forskningsinstitutet Rise som har en forskningsmaskin med smalare pappersbana än kommersiella pappersmaskiner.
– Det kommer aldrig att bli ett batteri för flygplan och bilar. Vi behöver mer material för en viss energimängd. Däremot har vi hög laddningstäthet, vi kan spara många laddningar på liten plats. Och så kan vi göra hög effekttäthet så vi kan få ut laddningarna under kort tid.
Att snabbt kunna avge höga strömmar gör att pappersbatteriet kan ses som en kombination av en superkondensator och ett batteri.
Ett antal företag och institutioner testar nu batteriet i olika tillämpningar. Två tidiga områden är smarta medicinförpackning och storskalig energilagring.
När det gäller medicinering finns det många studier som visar att vi har svårt att komma ihåg att ta medicinerna vid rätt tidpunkt. För försöksverksamhet, där man provar ut nya mediciner, finns speciella förpackningar som registrerar när man tar medicinen men dessa är dyra och tillverkas normalt bara i mindre serier. Det finns visserligen elektroniska dosetter men då måste medicinerna flytta över manuellt.
En annan tillämpning som baseras på samma princip som medicinförpackningarna, att man registrerar när förpackningen bryts, handlar om distribution av varor.
– Det är inte ovanligt att saker försvinner i distributionsledet, det kommer fram en tom förpackning. Kan man tala om när den öppnades vet man också var den försvann.
Dessutom kan man på sikt addera sensorer för exempelvis temperatur och stötar för att se om godset hanterats på rätt sätt under transporten.
Idag används knappceller i de smarta förpackningar som tillverkas. Knappcellen vilar största delen av tiden men måste samtidigt kunna lämna ifrån sig hög effekt under kort tid när det är dags att skicka iväg information.
– Ett batteri i en förpackning är ofta grymt överdimensionerat. Dels för att de kommer i vissa storlekar och det är billigast att köpa dem så, och dels för att man behöver få ut tillräckligt hög effekt, säger Lars Sandberg.
För att det ska bli aktuellt att byta knappcellen mot ett pappersbatteri måste priset bli lägre. Men pappersbatteriet kan också bidra till att spara pengar genom att det kan utgöra bärare – mönsterkort – för övrig elektronik som behövs i förpackningen.
– Vi har inte visat det än men vi tror att det kan bidra till att kapa kostnaden.
Den andra tidiga tillämpningen är storskalig energilagring.
– Det passar oss bra eftersom vi tillverkar väldigt stora ytor i en pappersmaskin.
Det kan handla om lokal lagring i bostäder med egen elproduktion från solpaneler, för utjämning av effekttoppar i delar av ett elnät eller för att lagra överskottet från en vindkraftpark.
– Vi tror att det finns utrymme för olika tekniker. Vi är bra på några saker, andra är bra på annat, säger Lars Sandberg.
 Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen.Prenumerera kostnadsfritt! |
Precis som ett litiumjonbatteri går även pappersbatterierna att ladda upp och ladda ur. Hur många cykler de tål beror bland annat på hur elektroderna är utformade och hur barriärerna som hindrar främmande ämnen att läcka in designas.
Dessutom påverkas livslängden av hur hårt man laddar.
Var priset kan tänkas hamna vill Lars Sandberg inte kommentera.
– Jag nöjer mig med att säga att materialet finns tillgängligt att testa för kommersiella applikationer. Vi har kört det på en smal pappersmaskin. Under det kommande året ska vi köra på någon av våra produktionsmaskiner.
Batterier på rulleITillverkningen av pappersbatterier sker på samma sätt som avancerade förpackningar, olika homogena lager bakas ihop till en färdig kartong som rullas upp på en rulle. Processen skiljer sig därmed från tryckt elektronik där man har ledarmönster i olika lager.
Elektroderna till ett pappersbatteri tillverkas av pappersfibrer som blandas med en polymer som även den kan framställas av skogsråvara. Resultatet blir ett homogent och svart ”papper”. Elektroderna kan användas för att bygga batterier på många olika sätt. I den enklaste formen är batteriet symmetriskt med samma typ av elektrod på fram- och baksida. Lagret mellan elektroderna utgörs av en separator som kan vara ett vanligt papper. – Sen kan man stoppa in elektroden i olika typer av batterikemier vilket har sina för- och nackdelar. Hur länge batteriet kan lagras innan det börjar användas är inte klart. Det hänger bland annat samman med hur väl man kapslar in det och hur man väljer att konfigurera det. – Vi vet inte idag hur långt vi kommer att komma, säger Lars Sandberg. Detsamma gäller för hur många upp- och urladdningar batteriet tål. – Det är ingen tvekan om att det går att ladda upp och ladda ur hundratals gånger. Men även här beror livslängden på hur man behandlar batteriet, framförallt hur hårt man laddar det. Ofta pratar man om att ett batteri behöver en kollektor för att leda bort strömmen över hela elektrodytan. – Vi behöver inte göra det. Vi har så bra ledningsförmåga i elektrodstrukturen, men däremot behöver vi en tilledare till elektroden. En möjlighet är att använda tilledare av grafit, som även den går att trycka. Mer troligt är att använda aluminium. – När man pratar metallfritt idag avser man litium och jordartsmetaller. Värt att komma ihåg är att många förpackningar innehåller en barriärfilm av aluminium, trots det kan de återvinnas. Målet är att även pappersbatteriet ska kunna återvinnas på samma sätt som andra förpackningar. Den polymer som tillsätts kommer från skogsråvara och är giftfri. Redan idag används den i kroppsnära tillämpningar. En hake är dock att elektroderna är svarta, men rimligt att tänka sig är att batteriet går att återvinna på samma sätt som svart kartong. Utvecklingen av pappersbatteriet startade på Uppsala universitet för över tio år sedan. Professor Maria Strömme arbetade ursprungligen med algcellulosa. För två år sedan ändrades fokus till skogsråvara i samband med att Billerud Korsnäs kom in som partner. – Det är fantastiskt kul att jobba med dem, de har stor förståelse för oss, säger Lars Sandberg. |
