Forskning som skapar möjligheter för framtidens batterier – ÅForsk repatrieringsanslag återetablerar kunskap i Sverige

22 augusti 2022

Mikael Andersson, Uppsala universitet. Foto: Simon Rosenqvist.

Efter en post doc-tjänstgöring i USA är Mikael Andersson tillbaka vid Uppsala universitet. Med sig tar han forskning och erfarenhet om neutronspektroskopi. En kunskap som är viktig när den avancerade forskningsfaciliteten ESS nu etableras i Lund.

Med hjälp av den avancerade forskningsinfrastrukturen ska Mikael Andersson forska om fastfasjonledning. Ett område som kan göra stor skillnad för framtidens energilagring.

Mikael Anderssons forskar om jonledning vid Ångströmslaboratoriet i Uppsala. Ett centralt område där jonledning måste fungera är batterier där exempelvis litiumjoner färdas via en jonledare från ena sidan av batteriet till den andra.

Mikael genomförde flera neutronspektroskopiundersökningar i USA vid National Institute of Standards and Technology Center for Neutron Research. Med hjälp av ÅForsk repatrieringsanslag kan han nu jobba vidare med sina kunskaper i Sverige – och kommer därför vara en viktig aktör när kunskapen om neutrontekniker ska utvidgas i Sverige. Vid anläggningen ESS, European Spallation Source, som nu byggs upp i Lund, kommer undersökningar kunna genomföras.

– För att kunna ta vara på de enorma möjligheterna som ESS erbjuder behövs inhemska forskare med kompetens – på så vis kan vi gynna både den akademiska och industriella forskningen. Det här är kraftfulla redskap som ger oss möjlighet att få svar på forskningsfrågor som vi inte kan få svar på med andra experimentella tekniker, berättar Mikael.

Vill knäcka koden för fastfasjonledning i rumstemperatur

Under sin tid i USA undersökte Mikael olika borhydridmaterial. Bland annat studerades carba-closo-borater som uppvisar mycket bra jonledningsförmåga av exempelvis litium eller natriumjoner vid höga temperaturer. Carba-closo-borater är material som består av en negativ anjon och en positiv katjon som placerar sig på regelbundna positioner. Tillsammans bygger de upp ett nätverk som bildar en så kallad jonkristall.

– När vi studerar dessa material med neutronspektroskopi så kan vi se att boratjonerna inte bara är stilla utan att de kan rotera – och just rotationen är en viktig faktor till att de blir goda jonledare, förklarar Mikael.

– Både litium och natrium carba-closo-borater är riktigt bra jonledare vid höga temperaturer, runt 200 grader Celsius, men förlorar sin höga ledningsförmåga vid ungefär 80 grader. Så från att ha varit ett drömmaterial så blir det ett material vars möjligheter minskar och inte fungerar i rumstemperatur, berättar Mikael.

Mikael Anderssons forskning har också visat att om natrium-carba-closo-borater löses upp i vatten och hyses in i en bärare – och därmed kan kristallisera sig inne i detta material – fortsätter dess rotationsmöjlighet att vara hög även när temperaturen blir lägre. Bäraren som försöken gjorts i är en nanostruktur i kiseloxid, och formatet ser ut som en minibikupa.

Det är alltså här potentialen finns. Men det krävs att bäraren och vätskan med natriumboratet går att länka ihop med andra bärare utan att rotationen minskar i styrka.

– Vi har visat att det går och att natriumborat är så pass bra jonledare att de kan vara tillräckligt bra att använda i industrin, förklarar Mikael.

Ett kvarvarande problem är kostnaden – för idag blir tillverkningskostnaden väldigt hög per kilo och det blir därmed ett stort hinder för vidare implementering.

– Men det finns alternativa material som inte skulle kosta lika mycket. Vi kommer i det här projektet att titta på nidoborater som liknar carba-closo-borterna men där boratjonen byts ut mot en nidoboratjon. Detta är ett mycket mer kostnadseffektivt alternativ – men då behöver vi titta på andra lösningsmedel. Nidoborater kan gå sönder om man försöker lösa upp dem i vatten, ett förslag är därför att titta på etanol, berättar Mikael.

Med fortsatt forskning kommer därmed steg tas som kan skapa möjligheter för framtidens batterier.

”Repatrieringsanslaget är en unik möjlighet att etablera sig som forskare i Sverige”

Genom ÅForsk repatrieringsanslag har Mikael tilldelats två miljoner kronor under två års tid. Han understryker vikten av att sådana här anslag finns. För honom har det bland annat möjliggjort en fast anställning vid Uppsala universitet.

– Repatrieringsanslaget är en unik möjlighet att etablera sig som forskare i Sverige, och det är mycket värdefullt för att kunna bli en senior forskare, säger Mikael.

Om ÅForsk repatrieringsanslag

ÅForsk repatrieringsanslag kan sökas av forskare som vill återetablera sig i Sverige efter forskarvistelse utomlands. Forskningen ska vara inriktad mot något av ÅForsk kärnområden: Energi, Miljö, Säkerhet & Hållbarhet, Infrastruktur, Materialteknik, Utveckling av processer samt Produkter från förnybara råvaror. En ansökningsomgång är nu öppen och sista dag för ansökan är den 30 september 2022. Läs mer här.