En grupp forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik på Linköpings universitet har tagit fram Power paper – ett nytt, flexibelt material med en enastående förmåga att både leda och lagra energi. Ett slags batteripapper som kan komma att förändra förpackningsbranschen.
Materialet i Power paper består av en av Sveriges största tillgångar – cellulosa – och en ledande plast. Papperet är lättviktigt, innehåller inga farliga kemikalier eller tungmetaller och är dessutom vattenfast. Det tar bara några sekunder att ladda och tål att laddas hundratals gånger, enligt forskarna.
Startskottet för denna typ av materialforskning kom med ett genombrott år 1977. De tre kemisterna Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid och Hideki Shirakawa upptäckte då att polymerar, alltså plaster, kan ha ledande förmåga. Alla tre fick Nobelpriset i kemi år 2000 för sin upptäckt.
En av de ansvariga forskarna bakom Power paper är fransmannen Xavier Crispin. Han har en bakgrund som kemist med inriktning mot nya material, men har under många år arbetat tvärvetenskapligt med fysik och elektronik. Samma år som de tre kemisterna fick Nobelpriset flyttade han till Linköping för att forska och undervisa. 2011 tilldelades han Tage Erlander-priset av KTH för sitt arbete med ledande polymerer och deras termoeletriska egenskaper.
Hans erfarenheter har minst sagt använts flitigt i arbetet med Power paper.
– Vårt material består till hälften av en sådan ledande plast och till hälften av nanocellulosa med minimala fibrer på 20 nanometer i diameter som är flera mikrometer långa. Det är en nanokomposit som är flexibel, stark som papper och som både har god förmåga att leda och lagra energi, berättar han.
– Vi blev själva överraskade över den starka ledande förmågan i materialet och ser flera tillämpningar. Tunna filmer som fungerar som kondensatorer har funnits tidigare, det vi har lyckats med är att tillverka materialet i tre dimensioner. Vi kan tillverka tjocka plattor.
En av de möjliga tillämningarna för kraftpapperet skulle kunna hjälpa till att lösa en av vår tids största utmaningar: att lagra energi från miljövänliga källor som vind, vatten och sol. All energi som produceras utifrån förnyelsebara källor måste nämligen lagras för att kunna användas på natten eller när vinden mojnar.
– Eftersom vårt material både kan leda och lagra elektroner och joner, så finns det potential att ta fram gigantiska batterier med stor lagringsförmåga. Jag ser att vi med Power paper kan ta fram batterier för hela städers behov, säger han.
Ett annat potentiellt användningsområde ligger närmare oss i den grafiska branschen. Power paper är både tunt och flexibelt och därmed mycket formbart. Dessutom går materialet att packa med ”intelligens” i form av transistorer.
Förpackningsbranschen, i synnerhet när det gäller förpackningar för livsmedel, använder allt mer informationsteknik och att kunna få in denna intelligens i dem kan ge stora miljövinster.
– Vi kastar 15–20 procent av all mat som produceras. Genom att utveckla en sensor som kan känna av om maten är okej, behöver vi inte slänga lika mycket mat, konstaterar Xavier Crispin.
Sedan skadar det ju inte heller att Power paper består av 50 procent cellulosa. När pappersanvändningen minskar i stora delar av världen behöver svensk skogsindustri nya produkter att både producera och sälja.
Världsrekord
Power paper har hela fyra toppnoteringar:
1. Högsta laddning och kapacitans (förmågan att lagra elektrisk laddning) i organisk elektronik, 1 Coulomb respektive 2 Farad.
2. Högsta uppmätta ström i en organisk ledare, 1 Ampere.
3. Högsta förmåga att samtidigt leda såväl joner som elektroner.
4. Högsta transkonduktans i en transistor (förändring av strömstyrkan beroende på den elektriska spänningen, mäts i Siemens).
