Batterier som håller på att försvinna
Huvudmeny ny
Ett batteri kan med fördel till och med förvaras svalt i kylskåp när det inte används. Berg har bland annat inlett ett samarbete med batteriföretaget Northvolt som står bakom satsningen på en batterifabrik i Skellefteå. De finansiella medel som följer med är väldigt viktiga för att kunna bygga upp min forskning. Det fungerar med nästan hundra procents effektivitet, men med betoning på nästan.
På Ångströmlaboratoriet i Uppsala bygger han upp en ny forskargrupp med målet att ta fram nya experimentella metoder som i realtid kan studera de kemiska reaktioner som äger rum när batteriet laddas upp och laddas ur. Målet är grundläggande vetenskaplig förståelse av fysikalisk-kemiska processer som styr Li-jonbatteriers livslängd. Batteriernas livslängd är det som bromsar övergången till elbilar idag. När det gäller laddning: undvik helst att ladda ur batteriet helt och ladda helst inte upp det helt.
Nätverket som skapas med mentorer och andra Fellows här i Sverige är också betydelsefullt eftersom jag just har flyttat tillbaka efter flera år i Schweiz. Tanken på att den egna forskningen faktiskt kan bli en pusselbit i bygget av ett hållbart samhälle är en viktig drivkraft för Erik J. Kanske känner de som forskar inom medicin på samma sätt: en vilja att hjälpa människor, att driva teknik och samhället framåt och att komma vidare.
Vi vill störa kemin så litet som möjligt, men ändå se vad som händer. Litiumjonbatterier håller som längst bara tre till fem år.
Men batteriernas begränsade livslängd hämmar utvecklingen. Resultaten ska användas för att analysera vad som händer när batterierna åldras och hur man ska gå tillväga för att påverka händelseförloppet. Industrin har därför stora förhoppningar på den pågående forskningen. Berg och hans kollegor tittar mycket brett på olika metoder och har bland annat inspirerats från biologin där man använder känsliga instrument för att detaljstudera proteinstrukturer.
Vi vill göra mätningar på batterierna och titta på extremt småskaliga processer. En annan teknik som kommer till användning är masspektrometri. Näringslivet har oftast inte uthållighet att ge sig ut på okänd mark och därför fyller akademisk forskning en viktig funktion, påpekar han.
Efter bara några år är den dyra prylen oftast förbrukad på grund av batteriets försämrade laddningsförmåga. Undvik alla extrema förhållanden.
Hur man återvinner batterier
Forskningsområde: Strukturkemi och utveckling av analytiska metoder. Med den kan vi faktiskt mäta just den där enda reaktionen som gick fel. I framtiden handlar den stora samhällsnyttan om att använda litiumjonbatterier för att storskaligt lagra energi från solkraft och vindkraft. Den aktiva komponenten i litiumjonbatterier är litiumjonen som reagerar antingen med en positiv eller en negativ elektrod.
Där är batteriet den dyraste komponenten. Utvecklingen av litiumjonbatterier har möjliggjort en teknikrevolution de senaste decennierna med allt från bärbara datorer till elbilar. Men det kräver batterier som håller i upp till 20 eller 30 år, annars blir det inte samhällsekonomiskt lönsamt. Ta elbilar. Nu vill forskare ta reda på varför uppladdningsbara litiumjonbatterier så snabbt tappar i styrka.
Batterier ska varken ha för varmt eller kallt, rumstemperatur är idealiskt. Alla som har en dator eller mobil känner alltför väl igen problemet. Om det på en minut sker en miljon kemiska reaktioner i en cell så är jag intresserad av bara hundra av dem. Under de senaste 10 åren har optisk spektroskopi utvecklats där man på en miljarddels meter kan komma nära materialens ytor, avslöja hur förändringar sker och utvinna kemisk information från de extremt tunna ytlagren.
En av dem är Erik J. Berg, som genom utnämningen till Wallenberg Academy Fellow har kunnat flytta sin forskning från Schweiz hem till Sverige. I vissa experiment ingår att mixtra med batterierna genom att använda olika ytbeläggningar av material och att lägga in aktiva molekyler i cellerna för att angripa de specifika sidoreaktionerna. Det påminner om hur en mutation i cellerna påverkar förmågan att nybilda celler, alltså en sorts åldrandeprocess hos batterierna precis som hos människan, säger Erik J.
Om batteriet varje dag förlorar 0,03 procent av den aktiva litiumjonen så kommer det att ha förbrukat sin livslängd inom två till tre år, precis det som vanligen händer med exempelvis en mobiltelefon.
De bygger själva om olika avancerade instrument och anpassar dem för att undvika felkällor. Då gäller det att ha rätt verktyg för att kunna urskilja dem. Idag förväntar man sig att kunna behålla en bil i 10 till 20 år, men om batteriet dör halvvägs så blir det en dyr investering.