– Batterierna i mobiltelefoner är så komprimerade att de duger till det mesta. Konstruktörerna har utnyttjat möjligheterna till det yttersta. Det är svårt att se några möjligheter till radikala förbättringar.

Det säger Josh Thomas, professor i materialkemi vid Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet.

Han talar om litium-jon-batterier, den numera närmast allenarådande batteritypen för bärbara elektroniska apparater som mobiltelefoner och datorer.

Om det ska komma en radikal förbättring krävs en annan teknik. En möjlighet är så kallade bränsleceller.

– Men de är en slow starter, kommenterar han.

Om man får tro det svenska företaget MyFC har bränslecellerna äntligen kommit upp i varv. Företaget har utvecklat en bränslecell för mobiltelefoner. Den är klar att tas i bruk – det praktiska problemet är samma som bilföretagen har med nya drivmedel: det svåra är inte att hitta ett alternativ till bensin, det svåra är att få bensinstationerna att sälja alternativet.

I dag har praktiskt taget all bärbar utrustning litium-jon-batterier som kan laddas upp hundratals gånger.
Batteriernas utformning är en avvägning mellan krav på hög effekt, lång livstid (många uppladdningar), säkerhet och ekonomi. När det gäller effekten måste den ställas mot vikt och utrymme.

Det viktiga är effektdensiteten, det vill säga hur många watt man får ut per kubikcentimeter batteri. Andra batterityper, som silver-zink, har högre energidensitet men klarar inte särskilt många uppladdningar (fast ett amerikanskt företag, ZPower, säger sig ha löst det problemet). Klassiska blybatterier (bilbatterier) kan laddas upp tusentals gånger, men väger för mycket.

Litium-jon-batterier är den bästa kompromissen, men är inte utan avigsidor.

En brist med litium-jon-batterier är att kapaciteten minskar rätt snabbt när man börjar använda dem. Om ett uppladdat helt nytt batteri räcker för att driva en bärbar dator i sex timmar så tar det inte många veckor av användning innan det bara går fyra timmar mellan uppladdningarna.
Säkerhet är ett annat problem.

En av Josh Thomas mest omtalade doktorander är Kia Lampe-Önnerud, som fick en hel del publicitet på 1990-talet för sin vidareutveckling av litium-jon-tekniken. Kia Lampe-Önnerud flyttade till USA där hon startade företaget Boston Power.

Boston Power utvecklar och säljer batteritypen Sonata, ett litium-jon-batteri som ska hålla för kontinuerlig användning lika länge som datorn. Batteritypen kan laddas upp snabbare än vanliga litium-jon-batterier och påstås dessutom vara mer miljövänlig.

Kia Lampe-Önnerud har alltså tagit itu med några av avigsidorna. Hon har ett drastiskt sätt att beskriva den inneboende paradoxen i batteriutveckling. På ett batterisymposium i Kyoto 1999 jämförde hon en bärbar dator med en sprängladdning:

– Energidensiteten i en vanlig bärbar dator är 40 wattimmar per kilogram, påpekade hon, och tillade att ”det är obehagligt nära en vanlig handgranat”.

Ingen verkade fatta vad hon talade om förrän ett par år senare, när det rapporterades att bärbara datorer hade börjat brinna.
Det går alltså att bygga batterier som rymmer stora mängder elektrisk energi. Konsten är att hindra dem från att slå upp i lågor.

Tillverkarna håller faktiskt igen på effektdensi­teten för att minska brandrisken.

Kia Lampe-Önneruds uppfinning är ett nytt sätt att ordna batterierna, som i själva verket är kombinationer av så kallade celler. Hennes lösning verkar enkel, faktiskt enklare än den modell som andra använder, men är resultatet av mycket tänkande. Den nya tekniken uppges ge längre livstid och bättre utnyttjande av kapaciteten.

Men det är inte bara omorganisering. Kia Lampe-Önnerud har också ändrat batteriets kemiska sammansättning. Exakt hur är en affärshemlighet.

– Litium-jon-batterier kommer alltid att finnas kvar, säger Björn Westerholm, vd på MyFC, som hävdar att en helt annan teknik, bränsleceller, är mogen att ta över batteriernas plats i bärbar utrustning.

MyFCs bränslecell, som drivs av väte, har enligt företaget ”slagit världsrekord” i effektdensitet för bränsleceller – 600 milliwatt per kubikcentimeter eller sex watt per liter. Det innebär att bränsle­cellerna väl kan mäta sig med litium-jon-batterier, säger Björn Westerholm.

Enligt honom kommer vi inom ett par år – ”jag tror inte att det dröjer så länge” – att kunna gå till Clas Ohlson och köpa ett ersättningsbatteri som i själva verket är en bränslecell, och som passar i samma utrymme i mobiltelefonen.

– Du köper en liten kapsel som både framställer den vätgas som behövs och sedan framställer energi av vätgasen. Enda avfallsprodukten är vatten.

Vätgas är brandfarligt, men MyFC anser sig ha löst det problemet. Effektdensiteten är i nivå med litium-jon-batterier (handgranaten), men till skillnad mot batterier innehåller bränsleceller ingen uppladdad energi när de inte används.

En mobiltelefon med bränslecell behöver aldrig laddas upp från elnätet. Det innebär att mobiltelefoner och datorer med bränsleceller kan användas där det saknas elektricitet.

– I dag finns det 3,3 miljarder mobilanvändare. Alla är beroende av el. Nu kan vi sälja mobiltelefoner där det saknas el, säger Björn Westerholm.

Utmaningen är att se till att det finns bränsleceller att köpa till rätt pris där de behövs.

Enligt Björn Westerholm har MyFC avtal med en världsomspännande distributör.

Det finns flera bränslecellstillverkare på banan. Amerikanska Polyfuel har en bränslecell som drivs med metan och som har nästan lika hög effektdensitet som MyFC.

Troligen får vi se en gradvis utveckling där mobiltelefoner och bärbara datorer inte förändras, men där batteriutrymmet byter innehåll.

Kanske får vi i början betala lite extra för en apparat med bränslecell. Det måste ju kosta att vara early adopter. Men den dag då det är uppenbart att den nya tekniken verkligen är enklare, billigare och bättre än den gamla, då tar det bara några månader innan den har tagit över.

Fakta

  • Bränsleceller är små kemiska maskiner som, lite tillspetsat, förbränner vätgas eller andra ämnen och producerar energi. Tekniken är känd sedan 1800-talet.
  • Det behövs väte och syre. Resultatet blir elektrisk energi och en harmlös avfallsprodukt, nämligen vanligt vatten. Att förbränna väte i telefonen låter inte så tilltalande, men poängen med bränsleceller är att den kemiska processen går långsamt och i kontrollerade former. Det är ingen brand.
  • I en så kallad katalytisk reaktion skiljer en katalysator elektronerna i väteatomerna från protonerna. Elektronerna tvingas att ta en omväg innan de kan återförenas med protonerna, och när elektroner rör sig på egen hand uppstår en elektrisk ström som kan driva en elektrisk apparat eller en maskin.
  • Till sist återförenas elektroner, protoner och syreatomer, och vi får vatten eller vattenånga.
  • En skillnad mellan ett batteri och en bränslecell är att en bränslecell förbrukar bränsle, väte, som måste fyllas på med jämna mellanrum. Ett batteri behöver ingen påfyllning av bränsle – däremot behöver det laddas upp med elektricitet.
  • Stora bränsleceller används för att driva bilar och båtar. Tekniken är beprövad, problemet är mest förhållandet mellan vikt, utrymme (väte har lågt energiinnehåll jämfört med bensin) och effekt. Kostnaden är ett mindre problem i en båt som ändå kostar en halv miljon eller mer, men för bärbar elektronik är kostnaden kritisk