Batteriets framtid

Inledning

Hur stort är behovet av ett batteri? Hur mycket har batteriet förbättrats under de senaste 150 åren? Jämfört med andra framsteg har framstegen av batterier varit få. Ett batteri har relativt lite ström, är mestadels svåra att stapla på varandra, tunga och har en kort livslängd. Det är dessutom mycket dyrt. Ju mindre batteriet är, desto högre kostnad per watt blir det. Men vi människor är beroende av batteriet. För oss är det mer än bara en bärbar strömkälla.

Framtid

Batterier utvecklas ständigt och forskas mycket inom detta område. Att tänka ut, konstruera och leverera batterier till framtidens elsamhälle är fullt igång. Idag är batterier stora, ineffektiva och farliga, men det ska en helt ny teknologi ändra på.

Mobiltelefonen drivs av ett batteri. Den bärbara datorn drivs av ett batteri. Klockor drivs av ett batteri och snart drivs en hel del bilar av batterier. Batterier finns nämligen överallt i vår vardag, och i framtidens samhälle blir vi allt mer beroende av att kunna lagra elektricitet. Dagens batterier är dock inte bra nog eftersom de inte är tillräckligt kraftiga eller hållbara för att kunna driva större saker. De håller även inte tillräckligt länge och tappar kapacitet över tid. De kan även explodera. Medan utveckling av bärbara elektronikprodukter har resulterat i snabbare datorer och smartare mobiltelefoner, har utvecklingen av batterier inte åstadkommit motsvarande resultat. Därför krävs en intensiv forskning för att säkerställa att avancerade batteriteknologier kommer ut på marknaden inom en snar framtid.

Forskare och företag över hela världen satsar miljarder på att utveckla nya batteritekniker. Ett samarbete mellan norska och schweiziska forskare och företag har lett till ett nytt batteri som är tre gånger effektivare, säkrare och kostar hälften så mycket som traditionella litiumjonbatteri. Batteriet, som kallas för ett superbatteri, använder ren luft som en av sina kemiska beståndsdelar, vilket för det ofarligt för människor och miljö. Tekniken bakom zink- och luftbatteriet är inte helt ny. Hörapparater betraktas som en av de mest lovande under 1980-talet, men först nu har forskarna lyckats utveckla en modell som kan återuppladdas.

Vanliga batterier använder två interna kemikalier för att producera elektricitet, men till skillnad från dem används superbatteriet ren luft från omgivningen. Syre från luften omvandlas med hjälp av en nätkatod och en katalysator till joner som reagerar med batteriets zinkanod, som utsänder elektroner. De flesta vanliga batterier innehåller många giftiga ämnen, men detta batteri är faktiskt helt ofarligt och skonsamt mot miljön, då det inte innehåller några aktiva kemikalier. Superbatteriet är mycket bättre än de vanliga batterierna. De är även säkrare och miljövänligare att producera, då det ena av de båda kemiska elementen i batteriet är ren luft. Det ger även en ekonomisk vinst i produktionen.

Svenska forskare har kommit fram till att även grönalger kan användas i batterier. Det fungerar genom att klä cellerna i algen med ett 50 nanometer tunt lager ledande polymer. Då har man omvandlat algen till ett batteri. Ett exempel på vart man kan använda batterierna är i tapeter, där de kan leverera energi till elektronikprodukter, eller i textilier, där batterier inte får innehålla metaller som litium. Algpappersbatteriet är inte särskilt kraftigt, men kan leverera ström till t.ex engångsinstrument på sjukhus. De kallas för mikrobatterier och blir då en viktig energikälla i framtiden, där allt fler saker kommer att innehålla elektronik. Nycklar, t-shirts, mjölkkartonger (hållbarhetssensor) är några exempel på produkter som kommer att ha RFID-chips, som då krävs mikrobatterier för att fungera tillräckligt länge.

Framtida elbilar är troligtvis det viktigaste område när det gäller framtidens batteri. En kortsiktig lösning är att förbättra litiumjonbatterier. Forskningen kring batteriteknologi har fått positiva responser av bl.a den amerikanske presidenten. Han avsatte 1,5 miljarder dollar till forskning kring elbilar år 2009. Samtidigt har en forskargrupp vid Graz University of Technology börjat utveckla en ny typ av litiumjonbatteri, som använder kisel istället för grafit. Kisel kan nämligen lagra upp till tio gånger mer elektricitet än grafit.

Nukleära batterier är en relativt gammal batteriteknik. Forskare hade smått utvecklat i början av 1900-talet en batteriteknik som utnyttjar den energi som uppstår när radioaktiva ämnen sönderfaller. Dessa batterier användes mestadels i rymdsonder och till pacemakers, där en lång livstid hos batterierna var nödvändig. Nu har forskarna ytterligare tagit steget och utvecklat en ny typ av atombatterier. Dessa batterier är inte större än ett mynt och har en livstid på mer än hundra år.

Förutom atombatteriet finns det även ett batteri som utnyttjar kvanteffekten. Kvantbatteriet kan lagra upp till tio gånger mer energi än dagens batterier. Fast den är mycket större än atombatteriet då storleken är mer som ett batteri till en bärbar dator. Kvantbatteriet finns än så länge bara på det teoretiska planet och själva tillverkningen i praktiken kan visa sig vara betydligt svårare än det verkar i teorin. Det krävs dock bara ofarliga material. Konstruktionen är så litet att det är osynlig för blotta ögat. Det består av kondensatorer, och alltså inte av kemiska batterielement, med vardera två elektriska ledare som hålls åtskilda med ett avstånd på 10 nanometer. På grund av spänningsskillnaden mellan ledarna kan kondensatorerna potentiellt kollapsa och urladdas, men genom att man bygger kvantbatteriets kondensatorer i nanostorlek, förhindrar kvanteffekten denna kollaps och gör det möjligt att öka batteriets spänning betydligt. Ungefär 10 gånger så hög effekt som vanliga litiumjonbatterier kan kvantbatteriet användas i bilar och kanske till och med i flygplan då de drivs av elektronernas kvanteffekt.

Slutsats

Batterier utvecklas ständigt på olika håll. Även om utvecklingen och produktionen har ökat mycket på sistone, har det ändå inte funnits någon lösning på alla krav och problem på batterier. Vill man ha ett så litet batteri som möjligt, får man oftast inte lika mycket effekt som man annars skulle vilja ha. Vill man ha ett så hållbar batteri som mö...