Forskare vid Linköpings universitets laboratorium för organisk elektronik, Sverige, har utvecklat kraftpapper – ett nytt material med enastående förmåga att lagra energi. Materialet består av nanocellulosa och en ledande polymer. Resultaten har publicerats i Avancerad vetenskap .

Ett blad, 15 centimeter i diameter och några tiondels millimeter tjock kan lagra så mycket som 1 F, som liknar de superkondensatorer som för närvarande finns på marknaden. Materialet kan laddas hundratals gånger och varje laddning tar bara några sekunder.

Det är en drömprodukt i en värld där den ökade användningen av förnybar energi kräver nya metoder för energilagring – från sommar till vinter, från en blåsig dag till en lugn dag, från en solig dag till en med tungt molntäcke.

"Tunn filmer som fungerar som kondensatorer har funnits ett tag. Det vi har gjort är att tillverka materialet i tre dimensioner. Vi kan tillverka tjocka plåtar, säger Xavier Crispin, professor i organisk elektronik och medförfattare till artikeln som just publicerades i Avancerad vetenskap .

Andra medförfattare är forskare från Kungliga Tekniska Högskolan, Innventia, Danmarks Tekniska Universitet och University of Kentucky.

Materialet, kraftpapper, ser ut och känns som ett lite plastigt papper och forskarna har roat sig med att använda ett stycke för att göra en origami-svan – vilket ger en indikation på dess styrka.

Materialets strukturella grund är nanocellulosa, vilket är cellulosafibrer som, använder högtrycksvatten, bryts ner till fibrer så tunna som 20 nm i diameter. Med cellulosafibrerna i en lösning av vatten, en elektriskt laddad polymer (PEDOT:PSS), även i vattenlösning, är adderat. Polymeren bildar sedan en tunn beläggning runt fibrerna.

"De täckta fibrerna är i trassel, där vätskan i utrymmena mellan dem fungerar som en elektrolyt, " förklarar Jesper Edberg, doktorand, som genomförde experimenten tillsammans med Abdellah Malti, som nyligen avlagt sin doktorsexamen.

Det nya cellulosapolymermaterialet har satt ett nytt världsrekord i samtidig konduktivitet för joner och elektroner, vilket förklarar dess exceptionella kapacitet för energilagring. Det öppnar också dörren till fortsatt utveckling mot ännu högre kapacitet. Till skillnad från de batterier och kondensatorer som för närvarande finns på marknaden, kraftpapper tillverkas av enkla material - förnybar cellulosa och en lättillgänglig polymer. Den är lätt i vikt, den kräver inga farliga kemikalier eller tungmetaller och den är vattentät.

Projektet Power Papers har finansierats av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse sedan 2012.

"De lämnar oss till vår forskning, utan att kräva långa rapporter, och de litar på oss. Vi har stor press på oss att leverera, men det är ok om det tar tid, och det är vi tacksamma för, säger professor Magnus Berggren, föreståndare för Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet.

Det nya kraftpappret är precis som vanlig massa, som måste torkas ut när man gör papper. Utmaningen är att utveckla en process i industriell skala för detta.

"Tillsammans med KTH, Acreo och Innventia har precis fått 34 miljoner kronor från Stiftelsen för Strategisk Forskning för att fortsätta vårt arbete med att utveckla en rationell produktionsmetod, en pappersmaskin för kraftpapper, säger professor Berggren.