Plastbatterier: Alla laddade och väntar på att gå

Många människor kollar sina faxar varje morgon, men nu för tiden är Theodore Poehler och Peter Searson särskilt intresserade av vad som står på deras. Det här paret av Johns Hopkins University-forskare tror att de är mycket nära en överenskommelse som skulle kunna förvandla deras forskningsintresse - ett helt plastbatteri - till en kommersiell verklighet. Varje dag förväntar de sig att se det slutliga resultatet av mer än ett års förhandlingar, i hopp om ett beslut från flera stora batteriföretag eller ett besked från privata investerare som har uttryckt en vilja att lägga upp tiotals miljoner dollar.

Ett avtal med rätt batteriföretag eller grupp av stödjande kan förvandla deras uppfinning från en laboratorienyfikenhet till en stigande stjärna på den enorma batterimarknaden. Prototypen är anmärkningsvärt liten, lätt och uppladdningsbar. Ännu mer spännande, den kommer i tunna, böjbara ark som kan formas till en form som liknar ett visitkort. Poehler och Searson tror att det nya batteriet kan spela en ledande roll i en ny generation av elfordon, satelliter och lättviktselektronik, även som en ersättning för standardbatterier i AA-storlek.

Den här historien var en del av vårt julinummer 1998

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Det är drömmen. Att göra det till verklighet kräver dock mycket pengar. Det kräver också affärskunnighet. Och Poehler och Searson vet att det inte finns någon garanti för framgång. Vi är båda väldigt bevakade, förklarar Peohler. Om det händer så händer det – om det inte gör det, ja, vi försöker bara tänka på att göra forskningen för att göra tekniken bättre.

Deras berättelse är en berättelse om hur grundforskare som arbetar i framkant kan finna sig i en värld av entreprenörskap, riskkapital och storföretag. Och hur, när de väl kommit dit, kan problemen vara lika komplexa - och mycket mindre bekanta - än de de möter vid labbbänken.

Poehler, professor i elektro- och datateknik och universitetets vice provost för forskning, och Searson, professor i materialvetenskap och ingenjörsvetenskap, satte sig aldrig för att bli entreprenörer. När de började leta efter ett helt plastbatteri för sex år sedan ville de bara göra god vetenskap och testa gränserna för ett material och ett system. Professorerna ledde ett team av forskare vid Johns Hopkins som inkluderade Jeffrey Killian, Josef Gofer och Haripada Sarker; doktoranden Jennifer Giaccai gick sedan med i gruppen. Framstegen kom långsamt, men 1996 hade de en fungerande prototyp. Sedan, i början av förra året, utlöste ett pressmeddelande från Johns Hopkins University om utvecklingen av det nya plastbatteriet en mediafrenzy.

Plastbatteriet utsågs av Popular Science till Årets uppfinning. TV-team anlände från så långt håll som Sverige, Tokyo och Brasilien och strövade runt i labbet. Forskarna dök upp på CNN och i USA Today. Doktorander i gruppen blev lokala mediastjärnor. Hundratals företag och investerare frågade om den nya tekniken och försökte vända dess elektriska potential till vinstpotential. Wall Street-analytiker ringde för att få reda på eventuella affärer som kan tecknas för att tillverka batteriet kommersiellt.

Dessa dagar, mer än ett år senare, är labbet nästan tillbaka till det normala. Ett besök nyligen av TR hittade den vanliga tystnaden i ett universitetslabb, där forskarna ägnade sig åt vetenskap. TV-teamen är borta. Den stadiga strömmen av besökare tunnade ut.

Utifrån medias bländning navigerar Johns Hopkins-teamet, liksom andra akademiska forskare som har utvecklat en het ny materialteknologi, i affärsvärlden och finansvärlden.

Gör inga misstag – insatserna är höga. En framgångsrik kommersialisering av ett plastbatteri kan betyda stora pengar för dess akademiska uppfinnare och deras universitet. Bara den amerikanska marknaden för batterier är 5,8 miljarder dollar per år och är redo för snabb tillväxt eftersom en ny generation av elfordon och mindre elektroniska enheter driver ett behov av effektivare, lättare uppladdningsbara batterier. Företags- och akademiska laboratorier runt om i världen tävlar för att hitta lösningen, med många ansträngningar som fokuserar på litiumbaserade batterier ( se sidofältet ).

Ett plastbatteri kan skapa en lukrativ nisch. De flesta batterier idag är gjorda av giftiga och miljöskadliga tungmetaller som bly och kadmium. Plastbatterier innehåller dock inga metaller och är lätta att återvinna. De måste förseglas så att fukt inte dämpar deras laddning, men polymererna inuti är långt ifrån litium, som kan explodera när de utsätts för vatten.

Dessutom är ett helt plastbatteri tillverkat av tunna, folieliknande ark - en avgörande fördel för någon som designar en produkt som behöver ta reda på var man ska klämma in ett batteri. Föreställ dig höljen för bärbara datorer kantade med tunna ark av batteriet eller bilkonstruktionsdelar som är fodrade med strömkällor, till och med satelliter där plastbatteriet är proppat i vilket tillgängligt utrymme som helst. Du kan göra det till nästan vilken konfiguration du vill, säger Searson.

Tricket är att hitta en polymeranod som är lämplig för ett fungerande batteri. När de används i ett batteri kan vissa polymerer fungera som stora katoder, som lätt tar emot elektroner som kommer från anoden genom en extern krets. Å andra sidan, för att en ledande polymer ska fungera som en anod måste den vara dopad så att en extra elektron tvingas in i polymerskelettet, vilket ger den en negativ laddning. Till skillnad från dopade katoder är dock dopade anoder instabila och känsliga för fukt.

Trots utmaningen laddade Johns Hopkins-teamet framåt. Så småningom fann de att genom att fånga in en litiumjon i polymerkedjan kunde de få en typ av plast som kallas polypyrrol att bete sig som en anod. Efter tre års ansträngning kände Poehler att detta system började se anständigt ut. Sommaren 1995 tillverkade labbet ett fungerande batteri. Men batteriet producerade bara ungefär en volt per cell - alldeles för lågt för många applikationer - och det krävde fortfarande litium som dopningsmedel.

Teamet gick tillbaka till ritbordet. Den här gången fick de ett betydande genombrott på lite mer än ett halvår. Johns Hopkins-teamet vände sig till en familj av polymerer som kallas fluorofenyltiofener för att bilda elektroderna; en medlem av familjen, 3,4,5 TFPT, fungerar som anod, medan en annan, 3,5 DFPT, som katod. Polymererna klämdes sedan runt en batterielektrolyt gjord av en tunn polyacylonitrilgel. Batteriet kunde producera tre volt elektricitet per cell och laddas hundratals gånger.

Det var ett anmärkningsvärt genombrott. Batterierna är lika flexibla som plastfolie så att de kan rullas till den cylindriska formen av ett konventionellt ficklampsbatteri eller användas som kreditkortstunna ark. Till skillnad från konventionella batterier, som ofta inte fungerar vid temperaturer mycket under fryspunkten, kan de arbeta vid temperaturer så låga som -40 grader C. Som en extra bonus ändrar batterierna färg när de laddas ur, vilket gör det lätt att avgöra när en laddning behövs.

Nu hade labbet en fungerande prototyp, men det var bara startpunkten på den hårda vägen mot kommersialisering. Poehler, som har sett massor av tekniköverföringsaffärer i sin egenskap av vice provost, tog ledningen i lagets affärssatsning. Den första utmaningen är att avgöra om tekniken är konkurrenskraftig, förklarar han. I slutet av 1996, när historien bröts i media, var Johns Hopkins-forskarna övertygade om att deras batteri hade nått det stadiet. De sorterade igenom syndafloden av förfrågningar och träffade mer än 40 potentiella forskningspartners eller finansiärer, besökte eller fick besök av företag eller forskargrupper nästan varje vecka i mer än ett år.

Vi såg inte på de flesta av mötena som möjligheter att göra affärsaffärer, utan som chanser att utbyta information, säger Poehler. Ändå var det övergripande målet att göra en stor affär som skulle föra ut batteriet till marknaden, inte bara få in pengar för att göra ytterligare forskning. Vi jobbar fortfarande med det här, och kämpar hela tiden för att komma till den punkt där tekniken säljer sig själv, säger han.

Att komma till den punkten är dock inte lätt. I själva verket innebär det att förhandla fram en komplex värld av riskkapital och företagsfinansiering. Poehler och Searson har var och en imponerande akademiskt rykte, men, som de flesta forskare, har ingen av dem mycket erfarenhet av affärer och affärer och högfinansvärlden.

Det kräver en annan kompetens än vetenskap, säger Lita Nelsen, chef för MIT:s teknologilicenskontor. Det finns ett fåtal personer som har båda färdigheterna, men inte många. Det ökande utbudet av riskkapitaldollar och företagsinvesterare som letar efter heta teknologier innebär växande affärsmöjligheter för universitetsforskare. Nelsen säger dock att forskare ofta enbart fokuserar på de ekonomiska aspekterna av en affär när de egentligen borde leta efter mer än pengar. Pengar är tillgängliga. De borde leta efter visdom som går tillsammans med it-visdom att veta vad de ska göra i bedömningssituationer som när verkställande direktören inte tränar eller när någon gör intrång i deras patent.

Akademiska forskare står inför ett antal svåra beslut när de försöker styra sin teknologi ut ur labbet in i affärsvärlden. De kunde till exempel helt enkelt licensiera sitt patent och gå vidare med sin forskning. Alternativt kan de ingå ett samarbete med ett företag som kan ge den marknadsförings- och tillverkningserfarenhet som forskarna saknar. Äntligen kunde de försöka hitta finansiering för ett eget startupföretag.

Varje alternativ har för- och nackdelar. Oavsett deras beslut säger Poehler och Searson att de planerar att stanna på sina akademiska jobb och låta affärsmän driva vilket företag som helst. Att licensiera tekniken till ett etablerat batteriföretag är ett säkert kort ekonomiskt men innebär vanligtvis att ge upp total kontroll. Att ta riskkapitalfinansiering kan också innebära att forskarna skulle ge upp mer kontroll över en batterispinoff än de skulle behöva med andra privata kapitalkällor.

Det som står på spel i beslutet är om plastbatteriet någonsin ser sin väg ut ur labbet och framstår som en praktisk anordning. Kommersialisering av nya typer av batterier är en notoriskt dyr process, som kräver nya tillverkningsanläggningar och ett långsiktigt engagemang för en viss typ av teknik. När ett företag väl har licensierat en teknik får de till stor del kontroll över dess öde, inklusive valet att döda dess utveckling. Välj fel partner och batteriet - när älsklingen av 30-sekunders TV-ljudbitar - kan snabbt förvisas till ett företags hög med bättre batterier som aldrig tog slut.

Å andra sidan kan rätt affärsmanövrering ge en lukrativ avlöningsdag för Searson och Poehler, såväl som för en handfull av deras labbkollegor. Liksom de flesta forskare som upptäcker något med kommersiell potential, var Searson, Poehler och deras kollegor noga med att lämna in ett patent innan de offentliggjorde något av resultaten. Universitetet äger patentet, men vinster eller licensavgifter delas upp så att en tredjedel går till universitetet, en tredjedel till forskarna och en tredjedel till labbet för dess framtida forskning. Om antalet inblandade blir mycket stora, minskar forskarnas personliga andel till cirka 15 procent.

För tillfället verkar dock Johns Hopkins plastbatteri vara upphängt på en catch-22 som ofta plågar labb som vill marknadsföra teknologi i tidig utveckling; Projektet behöver mer finansiering för att nå nästa utvecklingsstadium, men finansiärerna vill se mer högutvecklad teknik innan de lossar plånboken.

Vad mer är, medan riskkapitalmarknaden fortsätter att booma och är en redo källa till dollar för nystartade företag inom informationsteknologi och bioteknik, förblir riskinvesteringar i nya material en trög-ofta försummad sektor. Wall Street gillar inte materialhistorier, säger Joe Lovett, en generalpartner till Medical Science Partners, ett riskkapitalföretag i Wellesley, Massachusetts, som finansierar både bioteknik- och materialvetenskapsstartuper.

Josh Lerner, docent vid Harvard Business School och expert på riskkapital, säger att materialvetenskap hade en kort ökning av popularitet i slutet av 1980-talet med högtemperatursupraledning. Men folk verkar ha blivit desillusionerade över området. Lerner säger att även med högkonjunkturen i riskinvesteringar finns det fortfarande ett mycket smalt band av teknologier som finansieras; 80 till 85 procent av företagen är inom informationsteknologi och life science.

Utöver sådana finansieringshinder möter plastbatteriet hård konkurrens från flera andra lovande typer av batterier, inklusive zink-luftbatterier och litiumbatterier. Var och en av dessa teknologier har hundratals miljoner dollar i investeringar och ett avgörande försprång. Vissa har redan tillverkats i stor skala. Precis som plastbatteriet är de effektiva, lätta och kompakta. Litium-polymerbatterier, till exempel, kan gjutas till nästan vilken form som helst, till och med skäras i bitar utan att förlora sin laddning.

Så vad är oddsen att vi en dag kommer att åka i bilar med delar fodrade med plastbatterier och prata i mobiltelefoner som drivs av prylarna? Det är fortfarande för tidigt att säga. Om Poehler fick sitt val, skulle ett av världens största batteriföretag säga: Vi kommer att ta det här och göra det och ge dig en hel del, och du kan fortfarande göra ditt eget arbete för att förbättra tekniken, eller en ekonomisk backer skulle komma och ge dem en massa pengar för att starta ett företag.

Men Johns Hopkins-forskarna vet att det inte är så lätt. Så varje morgon fortsätter Poehler och Searson att leta efter det undertecknade avtalet som kan föra oss närmare en plastbatteriverklighet. Trots alla forskningsgenombrott, mediahypen och lovande möten är det fortfarande en dröm att försöka ta det stora språnget in i den kommersiella världen.

Dölj