Skrivet av Johan Scheers (Chalmers University, 2013).
Ett av mina första konferensbesök som doktorand var ett tredagarsmöte vid KTH i Stockholm 25-27 sept 2006. Det var en konferens om bränsleceller med nordiskt tema – Nordic PEMFC. Bland de 131 deltagarna fanns bl.a. redaktören för det här nyhetsbrevet, samt tre välbekanta batteriforskare: Kristina Edström, Josh Thomas och Daniel Brandell – samtliga från Uppsala Universitet.
Kanske såddes vid Nordic PEMFC ett första frö till den nordiska batterikonferens – NordBatt1 – som anordnades vid Uppsala Universitet 4-5 dec, med Professor Kristina Edström vid rodret. Med ett program på 1.5 dagar och 127 deltagare var NordBatt1 till omfång snarlikt sin föregångare inom bränslecellsområdet.
Lite mer om formatet
Baserat på den förtryckta deltagarlistan med 123 namn var endast 6 deltagare från icke-nordiska länder och resterande fördelning över de nordiska nationerna var som följer: Sverige 80, Norge 13, Finland 12, Danmark 12. Indirekt var även Island representerat genom fyra islänningar verksamma i övriga nordiska stater.
Baserat på siffrorna ovan var ungefär två tredjedelar av deltagarna från Sverige (hälften av dessa från UU) och en tredjedel från övriga nordiska länder. Samma fördelning gällde mellan universitet (2/3) och summan av bidrag från industri/institut (1/3). Det vetenskapliga programmet bestod av 25 muntliga föredrag och 65 posterpresentationer. Bland de muntliga föredragen fanns fyra stycken utomnordiska bidrag om 45 min var (2xUSA, 1xFrankrike, 1xSkottland) som samtliga lyftes fram som ”plenary talks”. Demografin för resterande muntliga 20 minutersbidrag var: Sverige 10 (UU 3), Norge 4, Finland 4 och Danmark 3. Av samtliga föredragshållare var 18 män och 7 kvinnor.
Presentationer
Under sitt öppningsanförande uppmärksammade Kristina starka konstellationer för batteriutveckling inom Europa: Tyskland och Frankrike, samt i USA. Konkreta exempel gavs i form av den samlade batteriforskningen inom Tysklands Helmholtz- och Fraunhoferinstitut [1-3], vilka alltså skulle kunna stå som modell för ett ökat nordiskt samarbete inom området. Kristina lyfte också fram Uppsala som en tidig (1477) och väletablerad kunskapsinstitution och som en föregångare inom nordisk batteriforskning [4].
Först och sist ut av första konferensdagens vetenskapliga presentationer var två utomnordiska bidrag. Mellan dessa röntes en diplomatisk fördelning av talarstolen mellan de nordiska länderna. I tur och ordning: Danmark, Sverige, Norge, Finland ”och Uppsala” – som i sammanhanget nästan får räknas som en egen nation.
Av utrymmesskäl har jag i följande text valt att ge ett referat från de inledande sex muntliga presentationerna, som täcker in samtliga ”nationer”, med vissa kortare utblickar till andra presentationer från samma land. En komplett lista över talare och presentationstitlar kan dock fås via konferensens hemsida [5].
Den förste inbjudne talaren var Dominique Guyomard, Université de Nantes, Frankrike som jag känner till sedan tidigare främst genom en inflytesrik artikel om batterielektrolyter som han skrev tillsammans med Jean-Marie Tarascon vid mitten av 90-talet [6]. Guyomard presenterade först en bred översikt över elektrokemisk energilagring, batterityper och material. Han diskuterade skillnader i energi, effekt, livslängd, säkerhet och kostnad för olika material och lyfte fram vikten av hållbarhet genom bl.a. materialsyntes med vatten som lösningsmedel och nödvändigheten att beakta materialåtervinning. Andra delen av föredraget handlade i mer detalj om utvecklingen av nya verktyg, metoder och materialkoncept och baserades på exempel från forskningen inom den egna gruppen. Två av dessa berörde jon- kontra elektronledningens bidrag till polarisation i celler med LiFePO4 kompositer [7] och utveckling av hybridelektroder för att fylla funktionsgapet mellan kondensatorer och Li-jonbatterier [8].
Tejs Vegge, Danmarks Tekniske Universitet, RisØ, presenterade delar av den forskning om Li-luftbatterier som utförs inom projektet ReLiable [9]. Presentationen fokuserade på den svårundvikliga närvaron av CO2 i luft som ”förgiftar” katodytan i Li-luftceller. CO2 blockerar aktiva säten för O2 och bildar Li2CO3 som har låg ledningsförmåga för både joner och elektroner, vilket bidrar till en överpotential i jämförelse med celler där enbart den önskade reduktionsprodukten – Li2O2 – bildas. Att notera angående de två resterande danska föredragen var att de kom från samma grupp och att de också avhandlade Li-luftbatterier.
Patrik Johansson, Chalmers tekniska högskola, har sitt ursprung i Uppsalas batterigrupp, men är sedan 2000 aktiv i Göteborg. Patrik presenterade ett smörgåsbord av projekt som främst rör utvecklingen av elektrolyter för Li-jon och Na-jonbatterier. Han gav exempel på nya koncept för att designa motjoner till Li+, strategier att genom tillsatsämnen eller ”additiver” förhindra oönskade reaktioner i konventionella elektrolyter, samt möjligheten att genom fluorfria litiumsalter undvika dyr fluorsyntes och farliga nedbrytningsprodukter. Patrik poängterade också vikten av resurseffektivitet – att utnyttja material som är tillgängliga i stor skala, t.ex. svavel eller natrium – för att utveckla Li-svavelbatterier och Na-batterier. För Li-S batterier avslutades presentationen med cyklingsresultat från Eurolis – ett av två EU-finansierade samarbetsprojekt kring Li-S batterier där Chalmers deltar [10,11]. Förutom Chalmers fanns givetvis KTH representerat, där Göran Lindbergh gav en presentation om kolfiber som multifunktionellt material med spännande piezo-elektrokemiska effekter.
Ann Mari Svensson, Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU), Trondheim leder en grupp om 4-5 doktorander och flera mastersstudenter som forskar om kontaktytan mellan kolanoder och elektrolyt. Ann Mari nämnde i sitt föredrag behovet av att finna lämpliga elektrolyter, samt att modifiera kolelektroden, avseende termisk stabilitet och de nya materialutmaningar som ”high-voltage” batterier innebär. Hon presenterade data för Li-jonceller med olika kolanoder som cyklats vid temperaturer lägre än rumstemperatur (0-10°C) och relaterade resultaten till kolursprung (TimCal, CPreme), partikelstorlek och ytarea. Hon presenterade också data för en cell där man använt 1M LiF som elektrolytsalt tillsammans med en anjonreceptor. Receptorns roll är här att ”omfamna” och transportera fluoridjonen som annars binder starkt till Li+ och därmed omöjliggör jontransport. Intressant var att denna cell presterade bättre än en motsvarande cell med 1M LiPF6. Bland övriga norska bidrag kan nämnas en presentation av Ola Nilsen, Oslo Universitet, om elektrodpreparering genom ”atomic layer deposition”.
Ulla Lassi, Kokkola University Consortium Chydenius, University of Oulu, Finland tog ett brett grepp om Finlands batteriaktiviteter och introducerade nationella samarbeten mellan finländska universitet och mellan universitet och industri. I Finland finns det tre universitet som sysslar med batteriforskning. De två övriga, Aalto University och University of Eastern Finland, var också representerade med muntliga föredrag. När det gäller batteriverksamheten i Kokkola, eller Karleby stad som orten heter på svenska, så är den relativt nystartad och har sina rötter i katalysforskning. Man har byggt upp en kapacitet för att preparera elektroder och Li-jonceller av ”pouch”/påstyp och presenterade data från tester man har gjort med välkända elektrodmaterial; LTO, LFP, LCO och NMC. För gruppen finns en mycket tydlig koppling till lokal industri, t.ex. genom delad arbetskraft och delade lokaler – ett 40 m2 ”dry room” – och användning av lokalt framställda material. Ett nyckelord som återkom under Ullas presentation var värdekedja som avsåg litiumets väg från brytning av mineralet spodumene,i den finländska gruva som kommer att bli Europas första för utvinning av litium, till återvinning av metallen från uttjänta Li-jonbatterier.
För den som är intresserad av att veta mer om finsk batteriforskning finns en presentation av Ulla, snarlik den som gavs vid NordBatt1, på nätet [12]. Presentationen är från Kokkola Materials Week som ägde rum i november. Kolla gärna in den snygga hemsidan som utstrålar finsk skaparglädje à la Marimekko och som rymmer flera intressanta presentationer på temat batterimaterial, bl.a. ett bidrag från Kristina Edström [13].
Slutligen, vad bättre sätt att avsluta detta reportage än med ett bidrag från ”hemmanationen” själv. Inom Uppsalagruppen sprudlar det av aktivitet, fördelad över en mängd intressanta projekt och batterikemier. Ett exempel är det projekt som presenterades av Stéven Renault om syntes och återvinning av organiska elektroder. Med bensendiakrylat som en modellförening har Stéven framställt en elektrod som är olöslig i organiska lösningsmedel, där syntes och återvinning istället sker i vatten och etanol. Elektrodens egenskaper har optimerats genom frystorkning och ytbeläggning och man har studerat hur battericykling med återvunna elektroder beror på batteriets prestanda, samt valet av elektrolytmaterial. De återanvända elektroderna, som preparerats från organiskt material från cyklade elektroder som upplösts i vatten och tvättats i etanol, fungerar dåligt i nya celler när elektrolyten innehåller LiPF6, men betydlig bättre när saltet är LiTFSI. En utmaning är dock att elektroder från celler som fungerar bra verkar vara svårare att återvinna än elektroder från sämre celler.
Övriga kommentarer
Kristina leder nordens största batterigrupp vid Ångströmslaboratoriet i Uppsala, vilket inte bara förklarar övervikten av deltagare från UU, men också gör gruppen till en naturlig utgångspunkt för ett initiativ som NordBatt1.
Det var ett trevligt initiativ och en intressant konferens som förhoppningsvis kan återupprepas utanför Uppsala. Den avsiktligt utsatta ”ettan” i titeln speglar givetvis en önskan från Uppsalagruppen att konferensen skall leva vidare och bli en grogrund för ett intensifierat nordiskt samarbete inom området.
När konferensen summerades vid slutet av dag två fanns en svag antydan att NordBatt2 kan komma att arrangeras i Trondheim om två år. Frågan är dock hur formatet påverkas när konferensen hamnar utanför Uppsala. I Uppsala har man ett oöverträffat kontaktnät som lockade fyra välkända utomnordiska batteriforskare till årets konferens. Vid en annan ort kan man rimligtvis inte heller bidra med 40 forskare från Uppsala och sannolikt inte heller mönstra lika många inhemska forskare, vilket gör att formatet nästa gång bör bli betydligt mindre.
Avslutningsvis så har endast ett axplock av konferensens 90 presentationer refererats, samtliga dessutom från nordiska universitet. Man får dock inte glömma att en tredjedel av deltagarna var från nordiska industrier och att de fanns representerade både med muntliga föredrag och posterpresentationer, vilket skapade en bra blandning av bidrag.
[1] ”New Helmholtz Institute for Battery Research” länk
[2] ”Green Light for Helmholtz Institute Münster: New Impetus for Battery Research” länk
[3] ”Fraunhofer Battery Alliance” länk
[4] ”Kristina Edström en kemisk kreatör” länk
[5] ”Nordisk Batterikonferens 2013” länk
[6] ”High voltage stable liquid electrolytes for Li1+xMn2O4/carbon rocking-chair lithium batteries” länk
[7] ”Carbon nanofibers improve both the electronic and ionic contributions of the electrochemical performance of composite electrodes” länk
[8] ”In situ redox functionalization of composite electrodes for high power–high energy electrochemical storage systems via a non-covalent approach” länk
[9] ”Reversible Lithium-Air Batteries” länk
[10] ”Advanced European lithium sulphur cells for automotive application” länk
[11] ”Lithium Sulfur Superbattery Exploitating Nanotechnology” länk
[12] ”Battery chemistry research in Kokkola” länk [13] ”Kokkola Material Week” länk
About the Author
Johan Scheers
Cell component owner at Volvo car group and assistant professor at Chalmers University.