
7 minute read
genombRott föR metod som kan öka batteRieRs livslängd och laddningsföRmåga
Forskning
Genombrott för metod som kan öka batteriers livslängd och laddningsförmåga
Advertisement
Små superkondensatorer kan revolutionera sättet vi använder batterier på genom att öka deras livslängd och möjliggöra sekundsnabb laddning. Tillverkare av allt från smartphones till elbilar satsar därför stort på de nya elektroniska komponenterna. Nu har forskare på Chalmers utvecklat en metod som innebär ett genombrott för hur sådana superkondensatorer kan produceras.
– När man pratar om nya teknologier är det lätt att glömma bort hur viktig tillverkningsmetoden är för att de ska kunna produceras industriellt och komma samhället till nytta. Vi har utvecklat metoder som med säkerhet fungerar i verklig produktion, säger artikelns huvudförfattare Agin Vyas, doktorand vid institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap på Chalmers tekniska högskola.
Superkondensatorer består av två elektriska ledare som skiljs åt av ett isolerande skikt. De kan lagra elektrisk energi och har många positiva egenskaper jämfört med ett vanligt batteri; de kan laddas mycket snabbare, distribuera sin lagrade energi på ett effektivare sätt, och kan laddas och laddas ur tusentals gånger utan att prestandan försämras. När en superkondensator kombineras med ett batteri i en eldriven produkt, kan batteriets livslängd förlängas många gånger. Till exempel kan livslängden på batteriet i ett elfordon bli upp till fyra gånger längre. Och vinsterna för slutkonsumenten blir stora, vare sig det handlar om privatkonsumtion eller tillämpningar i industriapplikationer.
– Dels är det praktiskt att kunna snabbladda exempelvis en elbil eller att inte behöva ladda eller byta batterier lika ofta i sin smartphone, dels innebär det stora vinster för miljö och hållbarhet när batterier inte behöver återvinnas i samma omfattning i komplicerade processer, säger Agin Vyas.
Tillverkning en stor utmaning Men i praktiken är dagens superkondensatorer för stora för många användningsområden där de skulle kunna göra nytta. De behöver ha ungefär samma storlek som batteriet de är kopplade till, vilket är ett hinder för att integrera dem på mobiltelefoner eller elbilar. Därför handlar en stor del av dagens forskning och utveckling av superkondensatorer om att göra dem mindre. Betydligt mindre.
Målet för Agin Vyas och hans kollegor är att utveckla mikrosuperkondensatorer. De är så små att de kan få plats på de systemkretsar, även kallade system-on-a-chip, som innehåller styrningen till flera olika sorters funktioner i mobiltelefoner, datorer, elmotorer och nästan all elektronik vi använder idag.
En av de viktigaste utmaningarna på vägen mot att utveckla mikrosuperkondensatorer är att hitta praktiska metoder för tillverkning. De minimala enheterna behöver tillverkas på ett sådant sätt att de dels blir kompatibla med övriga komponenter i en systemkrets, dels enkelt kan skräddarsys för olika användningsområden. I den vetenskapliga artikeln demonstrerar forskarna en tillverkningsprocess där mikrosuperkondensatorer integreras med det vanligaste sättet att tillverka systemkretsar (så kallad CMOS). Man har också utvecklat en metod för att producera mikrosuperkondensatorer i upp till tio olika material i en och samma tillverkningsprocess, vilket i sin tur innebär att egenskaper enkelt kan skräddarsys för att passa flera olika slutapplikationer.
– Genom att använda så kallad spinnbeläggning, som är en hörnsten i många tillverkningsprocesser, kan vi välja elektrodmaterial. Vi visar också att användning av alkylaminokedjor i reducerad grafenoxid leder till en högre laddnings- och lagringskapacitet, säger Agin Vyas.
– Vår metod går att skala upp och innebär reducerade kostnader för tillverkningsprocessen. Det är en stor produktionsteknisk framgång och ett viktigt steg mot praktisk användning av mikrosuperkondensatorer i både vardagselektronik och industriapplikationer.
Källa: Chalmers Text: Karin Wlk
Forskning
Uppsala universitet först ut med masterprogram i batteriteknik och energilagring
I höst startar Nordens första masterutbildning i batteriteknik och energilagring vid Uppsala universitet. Den efterfrågade utbildningen har utformats i samarbete med bland annat batteritillverkaren Northvolt.

– Tanken är att de här studenterna ska komma ut på en arbetsmarknad snabbt efter utbildningen, säger Daniel Brandell, professor i materialkemi och en av initiativtagarna till programmet.
Med den tilltagande elektrifieringen inom många samhällssektorer ökar efterfrågan på personal med batterikompetens. Spetskunskap inom batteriteknologi krävs för omställning till storskalig energilagring och elnätsutbyggnad, elfordon samt tillverkning av batteribaserade vardagsprodukter. Nu lägger Uppsala universitet grunden för framtidens batteriexpertis med en unik utbildning. Hösten 2022 välkomnas 30 studenter till det nya masterprogrammet i batteriteknik och energilagring vid institutionen för kemi-Ångström.
Heltäckande utbildning – Det som är ganska unikt med Uppsalas utbildning på europeisk nivå är att ett enda lärosäte säger ”vi gör allt”. Studenterna kommer att kunna vara i Uppsala under två år. Här vi kommer att undervisa dem när det gäller batteriteknologi från början till slut och täcka hela värdekedjan för batterier och alla de nyckelkompetenser som man behöver ha, säger Daniel Brandell.
Vid institutionen för kemi-Ångström bedrivs sedan länge avancerad forskning kring batterier, främst inom Ångström Advanced Battery Center. En del av masterutbildningen kommer att vara forskningsanknuten, och förhoppningen är att även skapa ett lärarnätverk för utbyte av nyckelkompetenser med andra lärosäten. En befintlig tillgång är det europeiska forskningsinitiativet Battery2030+ som koordineras från institutionen sedan hösten 2020. Där ingår Daniel Brandell i den gruppering som kartlägger utbildningsbehov och resurser på internationell nivå.
Samverkan med industri och akademi På hemmaplan har forskargruppen stått i dialog med näringslivsrepresentanter som Northvolt kring utvecklingen av masterprogrammet. – Vi har ganska stor samsyn kring innehållet inom en sån här utbildning och vilka grundläggande kunskaper som studenterna kommer att behöva. Northvolt är en stor framtida arbetsgivare som vi kommer att utbilda för, så vi lyssnar så klart på vad de säger. Sen bestämmer givetvis lärarna, fakulteten och programrådet vad programmet ska innehålla, säger Daniel Brandell och tillägger: – Även fordonsindustrin ställer ju om till elektrifiering så väldigt många av våra studenter kommer att jobba på Scania eller Volvoföretagen på västkusten. Så vi ser fram emot att samarbeta ännu mer med forskarkollegorna vid avdelningen för elektricitetslära som i höst startar ett nytt masterprogram inom elektriska framdrivningssystem.
Anneli Björkman
MASTERPROGRAM I BATTERITEKNIK OCH ENERGILAGRING
Masterprogrammet i batteriteknik och energilagring ges på heltid och engelska. Sista anmälningsdatum är 19 april 2022 med kursstart höstterminen 2022.
Programmet har två olika spår, riktade mot batterimaterial eller mot battericeller och batterisystem. Programmet leder till en teknologie masterexamen (Master of Science, 120 credits) med batteriteknik som huvudområde.
Hösten 2022 startar fyra nya internationella masterprogram vid teknisk-naturvetenskapliga fakulteten:
Masterprogram i biofysik, 120 hp Masterprogram i kvantteknologi, 120 hp Masterprogram i elektriska framdrivningssystem, 120 hp Masterprogram i batteriteknik och energilagring, 120 hp
Branschnytt

Jordfelsbrytare tåligare än förväntat
De frågetecken som funnits om att funktionaliteten hos jordfelsbrytare skulle påverkas i samband med installationer av solceller och elbilsladdare, har rätats ut. Forskare i Skellefteå har klarlagt att det inte finns några uppenbara risker för att jordfelsbrytare slutar att fungera på grund av installation av solceller eller elbilsladdare.
Frågan har varit föremål för diskussioner och oro inom branschen under en längre tid, men nu har forskare vid Luleå tekniska universitet i Skellefteå kartlagt riskerna genom simuleringar, mätningar och laborationsexperiment. Studien visar att oron är obefogad. Jordfelsbrytare visar sig dessutom vara mycket tåligare för störningar från högre frekvenser än vad man först trodde.
Ángela Espín-Delgado doktorand inom Elkraftteknik, Jil Sutaria och Naser Nakhodchi har kartlagt källor av likström i lågspänningsnät och spridning av likström genom lågspänningsnät. Resultaten visar att källor av likström inte äventyrar funktionaliteten av jordfelsbrytare i närliggande installationer. – Det är viktigt att högre frekvenser kommer med i standarder för jordfelsbrytare. En viktig fortsättning på projektet skulle vara att se hur högre frekvenser av växelström kan påverka människor, säger Ángela Espín-Delgado i ett pressmeddelande.
Elforsk och Energimyndigheten har varit beställare och finansiärer av forskningsuppdraget. Mikael Carlson på Elsäkerhetsverket hoppas att resultaten från projektet nu kan lugna de som känt sig oroliga för att deras jordfelsbrytare ska sluta att fungera när grannar börjat skaffa solceller och elbilar. – Rapporten bekräftar att likström från grannens solceller eller elbil inte kan slå ut den egna jordfelsbrytaren. Dessutom ger den här studien lugnande besked om jordfelsbrytares tålighet mot felströmmar, som skiljer sig från nätets 50Hz, säger han.
Mikael Carlson uppmanar alla att investera i en jordfelsbrytare. Jordfelsbrytaren ser till att elförsörjningen i hemmet, verkstaden och kontoret är elsäker, genom att snabbt bryta strömmen om det uppstår ett jordfel i en elanläggning eller i anslutna produkter, som hushållsapparater och verkstadsmaskiner. – En jordfelsbrytare kan rädda liv då den ger ett bra skydd mot elolycka och elbrand. Saknar man detta skydd bör man kontakta ett elinstallationsföretag för att få det installerat. Glöm inte heller att testa den regelbundet, säger Mikael Carlson.
Elsäkerhetsverket får utökat anslag för att minska EMC-störningar
Regeringen har beslutat om finansiering för att Elsäkerhetsverket ska kunna förstärka sin verksamhet inom så kallad elektromagnetisk kompatibilitet (EMC).

I takt med att antalet elektriska produkter blir fler och beroendet av trådlös kommunikation ökar, så ökar också risken för att olika produkter och elanläggningar stör ut varandra. Därför blir det allt viktigare att elektriska produkter och elanläggningar kan fungera störningsfritt tillsammans.
För att Elsäkerhetsverket ska kunna följa utvecklingen inom området beslutade regeringen i budgeten att öka myndighetens förvaltningsanslag för år 2022. Det innebär en förstärkning med 4,6 miljoner för myndigheten.
– Genom regeringens satsning får vi bättre möjligheter att arbeta långsiktigt och systematiskt för att förbättra den elektromagnetiska kompatibiliteten. Det är bra för energiomställningen där ny och avancerad elteknik riskerar att leda till ökande problem med störningar i framtiden, säger Anders Persson, generaldirektör vid Elsäkerhetsverket.
Källa: Elsäkerhetsverket