Insplorions tekniske sjef Elin Langhammer holder i sensoren i selskapets lab i Gøteborg. Sensoren er så liten at bare pinsetten synes.
Insplorions tekniske sjef Elin Langhammer holder i sensoren i selskapets lab i Gøteborg. Sensoren er så liten at bare pinsetten synes. (Foto: Insplorion)

Sensorer gir bedre batterier

Hyperfølsomme sensorer gjør det mulig å tyne batterikapasiteten

Gir bedre batterier.

Med bittesmå sensorer i hver celle kan enda mer av batteriets kapasitet benyttes. Göteborg-bedriften Insplorion overvåker battericeller på nanonivå.

Måleteknikken er utviklet av forskere ved Chalmers tekniska högskola, og bygger på det optiske fenomenet plasmoner. Det oppstår spontant når filmer eller partikler av metall blir utsatt for lys.

Plasmoner er følsomme for endringer i nærheten, og kan derfor fungere som hyperfølsomme sensorer som sladrer om hva som foregår på nanonivå.

Passet Volvos behov

Forskningsresultatene førte til at bedriften Insplorion ble født 2010. Fra starten av var tanken å benytte sensorteknikken i måleinstrumenter for forskere, samt å utvikle bedre katalysatorer.

Nå har bedriften fått en ny målsetning: Overvåkning av batterier på cellenivå.

– Vi hadde en dialog med Volvo for et par år siden, og de meldte at de hadde et stort behov for å kunne optimere batterier, forteller direktør Patrik Dahlqvist ved Insplorion.

Bedriften innså raskt at sensorteknikken passet veldig bra til Volvos behov. En sensor i form av tynn glassfiber belagt med nanopartikler av gull kunne dyttes ned i battericellen under produksjonen. Sensoren kan deretter rapportere informasjon om de kjemiske endringene i cellen – for eksempel konsentrasjonen av litiumioner i elektrolytten – under drift.

Slik ser en såkalt pouch cell ut på utsiden med Insplorions sensor som stikker ut i midten.

Kan tyne marginene

– Når styresystemet ikke bare får voltametrisk eller elektronregnedata, kan det brukes mer optimalt. Da kan batteriet gå mye nærmere marginalene, som er ganske store i dag, sier Patrik Dahlqvist.

I stedet for bare å utlades til 75 prosent, skal 95 prosent av batteriets kapasitet kunne benyttes. Det samme gjelder for oppladningen.

Foreløpig er planen at sensormålingen skal fungere som et tillegg til den voltametriske målingen. Men i framtiden tror Insplorion at den nye overvåkningsteknikken er nok i seg selv.

Sammen med den skotske batteriprodusenten AGM Batteries testet Insplorion at sensorene ikke skulle redusere kapasiteten til batteriene, eller påvirke produksjonsprosessen. For eksempel ble det utprøvd flere ulike tykkelser på glassfiberen før bedriften landet på 125 mikrometer.

Artikkelen fortsetter under illustrasjonen:

Insplorions sensorer sitter på et tynt glassfiber i hver battericelle. Den lille oransje esken inneholder en detektor og en lyskilde. Nanopartiklene på glassfiberet vibrerer når de belyses med en viss bølgelengde. Lyset som reflekteres tilbake fra partiklene analyseres i den oransje esken. Der forvandles de optiske signalene til digitale data og sendes videre til styringssystemet. Illustrasjon: Insplorion

– Det var det første studiet på kommersielle batterier, og det var veldig morsomt å se at det fungerte, forteller Patrik Dahlqvist.

Gjenstår testing

Kjøretøyindustrien er veldig interessert i teknikken, ifølge Patrik Dahlqvist. Men det gjenstår en hel del validering før sensorene blir å finne i elbiler.

Bedriften søker etter bistand fra EU for å kunne gjøre simuleringer av hvordan teknikken skal kunne fungere i et batterisystem i en bil. Deretter er neste steg å teste en prototyp i virkelige biler. De håper at det skal skje i løpet av neste år.

Parallelt jobber Insplorion med å produsere hele batterisystemer med innebygde sensorer for mindre nisjemarkeder, for eksempel innen energilagring og batteridrevne verktøy.

– Lykkes vi med å lage en god batterisensor kan det ha en enorm betydning for samfunnet som sådant, sier teknisk sjef Elin Langhammer ved Insplorion.

Jenna Wade jobber ved AGM Batteries manuelle prototyplinje for litiumionceller.  Foto: ANGUS MACKAY/Insplorion

Bedriften anser at den er den eneste med teknikk som kan overvåke det kjemiske livet til battericeller.

– Flere aktører jobber med å gi mer og andre signaler enn voltametriske data, men vi har ennå ikke sett noen andre som måler i kjemien. Det er vanskelig, siden sensoren må være så liten. Det er fordelen vår, sier Patrik Dahlqvist.

Greg Cameron på AGM Batteries ved stasjonen der elektroden belegges. Foto: ANGUS MACKAY/Insplorion

Slik fungerer sensoren

Når lys treffer gull-nanopartiklene, absorberes en del fotoner, og partiklenes elektronskyer begynner å vibrere. Når elektronene vibrerer med samme bølgelengde som lyset, oppstår en resonans.

Lyset som har passert gjennom gull-nanopartiklene sendes via et speil til en detektor. Fargen på lyset sladrer om det kjemiske miljøet i nærheten av nanopartiklene.

Hittil har sensorteknikken blitt testet på to litium-ion-kjemier. Men Insplorion anser at den også kan fungere for andre typer batterikjemier.

Inntil videre fokuserer bedriften på å måle litium-ion-konsentrasjon og temperatur i elektrolytten. Også endringer i elektrodematerialet – noe som kan tyde på redusert kapasitet – er det mulig å detektere med sensoren.

Ny kapital – vil vokse

Insplorion ble dannet i 2010 og ble børsnotert i 2015.

I 2016 hadde bedriften et minusresultat på knapt fem millioner kroner.

Nylig ble det gjennomført en nyemisjon før å kunne øke utviklingstakten. Bedriften fikk inn 10 millioner kroner.

Per i dag har bedriften seks ansatte, men er ute etter å ansette ytterligere to eller tre personer.

Artikkelen ble først publisert på NyTeknik.se

Kommentarer (1)

Kommentarer (1)