Svenska forskare tar fram mjukt batteri som kan anta valfri form

– Traditionella, stela batterier begränsar både form och funktion. Mjuka och formbara batterier möjliggör säkrare, mer ergonomiska och mångsidiga lösningar, vilket öppnar för helt nya användningsområden, säger Aiman Rahmanudin, biträdande universitetslektor vid Linköpings universitet.

Om tio år förväntas över en biljon prylar vara uppkopplade, enligt en rapport från Bank of America Institute. Då avses inte bara exempelvis smartphones, datorer och smartklockor, utan även e-textilier och mjukrobotik, samt medicinska hjälpmedel som bland annat insulinpumpar, pacemakers och hörapparater. För att sådana prylar ska fungera utan att bli ett hinder för användaren behöver nya batterityper utvecklas.

Möjligt via omvandlade elektroder

Nu har Aiman Rahmanudin, tillsammans med sina kollegor på Linköpings universitet, utvecklat ett mjukt batteri som kan anta vilken form som helst. Detta är möjligt tack vare att elektroder har omvandlats från fast till flytande form. Deras studie är publicerad i den vetenskapliga tidskriften Science Advances.

– Batterier är den största komponenten i all elektronik. I takt med att elektronik blir allt mer integrerad i vårt dagliga liv – särskilt inom kroppsnära teknik, medicinska hjälpmedel och hudburna sensorer – ökar behovet av batterier som också är flexibla och anpassningsbara.

Det mjuka batteriet är baserat på ledande plaster, även kallat konjugerade polymerer, och lignin vilket är en restprodukt från papperstillverkning.

– Batteriet kan laddas upp och laddas ur över 500 gånger och fortsatt behålla sin prestanda. Det kan också sträckas ut till dubbla längden och fungera lika väl.

Inom vilka områden kan mjuka batterier bli extra användbara?

– De är särskilt lovande inom medicinsk teknik, som i bärbara hälsomonitorer och implantat. De kan också bli användbara i mjuk robotik som kräver flexibla energikällor för att röra sig, hudnära sensorer som behöver vara säkra, andningsbara och bekväma att bära, samt i smarta textilier där batterier sys in i kläder.

Samma prestanda som hårda batterier

Nästa steg är att försöka öka prestandan i batteriet. Just nu ligger den elektriska spänningen på 0,9 volt, en siffra som ska öka. På sikt tror Aiman Rahmanudin att mjuka batterier kan få samma prestanda som sina hårda motsvarigheter.

– Det är absolut möjligt. Vi ser redan stora framsteg, särskilt vad gäller energitäthet och laddningsstabilitet. Vi undersöker nu hur prestandan kan förbättras ytterligare genom att rikligt förekommande metallbaserade material, såsom zink och manganoxid, tillförs. Dessa material är dessutom både kostnadseffektiva och säkrare, samtidigt som de bidrar till mer hållbar batterikemi.

– Vi undersöker även hur vi kan utnyttja den flytande karaktären hos elektroderna för att utforma batterier i mer komplexa konfigurationer, eftersom materialen lätt kan formas till i princip vilken struktur som helst.

När tror du att mjuka och formbara batterier kan användas skarpt ute på marknaden?

– Om vi lyckas höja batterispänningen till över 1 volt kan det börja bli kommersiellt intressant, särskilt för lågeffektsenheter. Vi har redan gjort stora framsteg med att lösa de mekaniska utmaningarna kring flexibilitet och töjbarhet, så nästa viktiga steg är att förbättra den elektrokemiska prestandan för att nå den gränsen. När det är uppnått kan tekniken börja användas inom vissa nischområden under de kommande 5–10 åren, säger Aiman Rahmanudin.