Batteriet som kan få vilken form som helst

Med hjälp av elektroder i vätskeform har forskare vid Linköpings universitet utvecklat ett batteri som kan anta vilken form som helst. Tack vare formbarheten kan batteriet integreras på helt nya sätt i framtidens teknik. Studien är publicerad i Science Advances.

– Konsistensen är ungefär som tandkräm. Materialet kan till exempel användas i en 3D-skrivare för att utforma batteriet som man vill. Det öppnar för en ny typ av teknik, säger Aiman Rahmanudin, biträdande universitetslektor vid Linköpings universitet.

Över en biljon prylar förutspås vara uppkopplade till internet inom tio år. Förutom traditionell teknik som mobiltelefoner, smartklockor och datorer kan det också handla om medicinska hjälpmedel som insulinpumpar, pacemakers, hörapparater och olika sensorer som övervakar hälsa. På sikt kan det även vara mjuk robotik, e-textilier och uppkopplade nervimplantat.

Om alla dessa prylar ska fungera på ett sätt som inte hindrar användaren behöver nya typer av batterier utvecklas.

– Batterier är den största komponenten i all elektronik. Idag är de solida och ganska klumpiga. Men med ett mjukt och formbart batteri finns det inga begränsningar i utformningen. Det kan integreras elektronik på ett helt annat sätt och anpassas efter användaren, säger Aiman Rahmanudin.

Tillsammans med sina kollegor vid Laboratoriet för organisk elektronik, LOE, har han utvecklat ett batteri som är mjukt och formbart. Nyckeln har varit ett nytt angreppsätt där elektroderna har omvandlats från fast till flytande form.

Tidigare försök att tillverka mjuka och töjbara batterier har byggt på olika typer av mekaniska funktioner med till exempel gummikomposit som kan dras ut eller kopplingar som glider på varandra. Men det kommer inte åt kärnan i problemet – ett stort batteri har högre kapacitet, men mer aktiva material leder till tjockare elektroder och därmed högre styvhet.

– Här har vi löst det problemet och vi är de första att visa att kapaciteten är oberoende av styvheten, säger Aiman Rahmanudin.

Elektroder i flytande form har testats tidigare men utan vidare framgång. Då användes den flytande metallen gallium. Men då har endast anoden kunnat vara flytande. Dessutom riskerade batteriet att stelna vid laddning och urladdning. Många av de töjbara batterier som tidigare gjorts har också använt sällsynta material som har stor miljöpåverkan vid brytning och förädling.

Forskarna vid LiU Campus Norrköping har i stället baserat sitt mjuka batteri på ledande plaster (konjugerade polymerer) och lignin som är en restprodukt från papperstillverkning. Batteriet kan laddas upp och laddas ur över 500 gånger och fortfarande behålla sin prestanda. Dessutom kan det sträckas ut till dubbla längden och fortfarande fungera lika bra.

– Materialen i batteriet är konjugerade polymerer och lignin, båda baserade på råmaterial som finns i överflöd. Och genom att använda en biprodukt som batterimaterial bidrar vi till en mer cirkulär modell. Så det är ett hållbart alternativ, säger Mohsen Mohammadi, postdoktor vid LOE och en av huvudförfattarna bakom artikeln publicerad i Science Advances.

Nästa steg är att försöka öka den elektriska spänningen i batteriet. Aiman Rahmanudin menar att det i dagsläget finns en del begränsningar som de behöver få bukt med.

– Batteriet är inte fulländat. Vi har visat att konceptet fungerar men prestandan behöver bli bättre. Just nu ligger spänningen på 0,9 volt. Så nu ska vi se om vi kan använda andra kemiska sammansättningar för att öka spänningen. Ett alternativ som vi utforskar kan vara användningen av zink eller mangan, två metaller som är vanliga i jordskorpan, Aiman Rahmanudin.

Studien finansierades av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse genom Wallenberg Wood Science Center och Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability, Vinnova, Energimyndigheten, Zenith karriärsprogram vid LiU, samt via den svenska regeringens strategiska forskningsområde inom avancerade funktionella materiel (AFM) vid Linköpings universitet.

Artikeln: Make it flow from solid to liquid: Redox-active electrofluid for intrinsically stretchable batteries, Mohsen Mohammadi, Saeed Mardi*, Jaywant Phopase, Filippa Wentz, Jibin J. Samuel, Ujwala Ail, Magnus Berggren, Reverant Crispin, Klas Tybrandt*, Aiman Rahmanudin*, Science Advances (2025), publicerad online 11 april 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adr9010

Kontakt

Aiman Rahmanudin, biträdande universitetslektor aiman.rahmanudin@liu.se, 011-36 34 70

Mohsen Mohammadi, postdoktor, mohsen.mohammadi@liu.se, 011-36 36 59

Klas Tybrandt, professor, klas.tybrandt@liu.se, 073 661 77 36, 011-36 32 87