Johanna Rosén och doktoranden Andrejs Petruhins diskuterar ett problem med beläggningssystemet Hydra, som Johanna själv designat. Foto: Anna Nilsen
Stiftelsen för Strategisk Forskning fördelar totalt nära 300 miljoner till nio forskningsprojekt som ska utforska och vidareutveckla material för energitillämpningar. Forskningen sker i nära samarbete med industrin och målet är att forskarna ska få fram nya material för att skapa effektivare och mer hållbara energisystem.
Vanya Darakchieva, universitetslektor vid institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM) har beviljats 35 miljoner kronor under fem år till forskning om III-nitrid-teknologi som har potential att användas till energisnål kraftelektronik.
Ett effektivt sätt att spara energi är att minska energiförlusterna i elektriska system. En majoritet av all elektrisk energi som produceras kommer passera genom ett eller flera omvandlingssteg, i så kallade AC/DC eller DC/DC-omvandlare. I dag är effektiviteten i omvandlarna så låg att upp till 65 procent av energin kan gå förlorad. Det är här III-nitrid-teknologin kommer in i bilden, eftersom den möjliggör effektiv, energisnål kraftelektronik. I teknologin används material som galliumnitrid (GaN) och aluminiumgalliumnitrid (AlGaN). Men än så länge är teknologin för dyr för att kunna användas i större skala.
En av utmaningarna är att kunna producera extremt rena skikt som klarar av höga spänningar över 1 kilovolt. Dessutom krävs så kallade bulk-substrat gjorda i samma material som resten av komponenten och i nuläget finns AlGaN-substrat inte tillgängliga. Målet med forskningsprojektet är därför att använda innovativ teknologi baserad på nanotrådar för att utveckla AlGaN-substrat och GaN-substrat fria från defekter. Flera lager av samma material läggs på dessa substratlager för att ta fram högeffektskomponenter för nästa generations dioder och kraftswitchar.
– Vi planerar att i projektet utveckla en kostnadseffektiv process för högeffektskomponenter av III-nitrider. Dessa kommer att möjliggöra en snabbare omställning till effektiv omvandling, transport och användning av elkraft, säger Vanya Darakchieva.
Framtida superkondensatorer?
Det andra projektet har beviljats 33,7 miljoner kronor under fem år och leds av Johanna Rosén, professor vid IFM. Det är inriktat på att forska fram nya material som kan användas för att ta tillvara och utnyttja energi från förnyelsebara energikällor. En sådan teknisk lösning är så kallad elektrokemisk lagring, dit batterier och superkondensatorer räknas. Ett hägrande mål är att i en och samma komponent försöka kombinera batteriers förmåga att lagra mycket energi med superkondensatorernas förmåga att snabbt ladda eller ladda ur energi.
I projektet ska forskarna utveckla och skräddarsy nya tvådimensionella material för elektrokemisk lagring. De är särskilt intresserade av så kallade MXener, som liknar ett annat välkänt 2D-material av kol, grafen. Till skillnad från grafen är MXenerna en familj av material, vilket öppnar upp möjligheten för forskarna att ändra på materialets sammansättning och skräddarsy egenskaper som förbättrar dess förmåga att lagra energi. Genom simuleringar i superdatorer försöker forskarna förutsäga vilken sorts atomer som passar bäst och får på så sätt vägledning för arbetet i labbet.
– Jag hoppas att projektet leder fram till riktigt bra komponenter för energilagring. Det finns idag till exempel superkondensatorer som används i tåg i Japan, där kondensatorerna snabbt kan fånga upp den energi som genereras när tåget bromsar in, för att sedan direkt användas när tåget ska accelerera igen. Att spara energi på liknande sätt kan göras inom många olika områden i vårt samhälle, och där hoppas jag att våra material kan bli användbara, säger Johanna Rosén.
