Grafenbaserade flexibla och återvinningsbara ljuskällor för livsvetenskapliga applikationer (avslutat)

Syfte och mål
LunaLEC tillverkar ljuskällor och har flera befintliga kunder som vill integrera tunna, lätta och billiga ljusfilmer i sina befintliga medicinska produkter. Ljuset stimulerar celler och förkortar behandlingstiden.

För att kunna skala upp tillverkningen av ljuskällorna är det avgörande att LunaLEC identifierar en lösningsbaserad elektrod som kan ersätta nuvarande metallelektrod, vilken idag tillverkas genom termisk förångning av aluminium. Denna tillverkningsmetod är energiintensiv och långsam och är just den flaskhals som förhindrar tillverkning av ljuskällor i större skala, då alla andra tillverkningssteg redan sker med uppskalbar tryckteknik. LunaLEC har tillsammans med Thomas Wågberg tillverkat sulfonerad grafenoxid samt fluorinerad grafen och har därmed identifierat två grafenmaterial som kombinerar hög elektrokemisk stabilitet med hög dispersionsgrad. Dessa grafenmaterial är mycket lovande som elektroder i LunaLECs komponenter, och kan möjliggöra komplett rulle-till-rulle-tillverkning av lysande plastark.

Genomförbarhetsstudien har syftat till utvärdera resursbehov samt identifiera ytterligare eventuella partners, för att genomföra ett 3-årigt projekt. Detta skulle ha gett oss ett bättre underlag för hur vi bäst ska genomföra detta kritiska utvecklingsmoment. Genom att vara väl förberedda och ha bra kunskap om vad vi måste uppnå, hoppades vi på att kunna introducera vår teknologi på marknaden 2020. Målet var att ta fram underlag och ett team för att genomföra ett större FoU-projekt med grafen som en viktig beståndsdel. Tre olika aspekter skulle verifieras:

  1. Utförande av tidiga prototyper
  2. Identifiering av utvecklingsresurser
  3. Bekräftelse av personella och finansiella resurser från kunder

 

Effekter och resultat

  1. Olika prototyper av grafenelektroder har utvecklats. Dessa kan användas i ljusemitterade elektrokemiska celler för både livsvetenskapliga applikationer och andra stora ytor där hållbarhetsaspekten är av stor vikt.
  2. De interna förberedelserna lyckades. Vi tog fram ett team från LunaLEC, Umeå Universitet och Nano for Energy som skulle kunna fortsätta att utveckla elektroderna till en färdig produkt för de tilltänkta kunderna.
  3. Vi misslyckades med att få externa parter att säkra internt stöd för deras del av projektfinansieringen. LunaLEC och Nano for Energy kommer därför inte att ansöka om ett FoU-projekt inom SIO Grafen hösten 2018, men kommer att fortsätta utvecklingen på egen hand.

Projektet lyckades definiera flera applikationer där återvinning är viktigt för kunderna. Dessutom har vi testat ett antal angreppssätt för att använda grafen som katod, vilket gör framtida utveckling mer fokuserad. Projektet har legat till grund för fortsatt produktutveckling för både Nano for Energy och LunaLEC.

Nano for Energy har fortsatt testa ett flertal grafen- och grafitmaterial i olika former, för att ta fram de bästa förutsättningarna för ett större projekt. Fokus har legat på att erhålla grafen med lägre funktionaliseringsgrad och därigenom en högre konduktivitet men med bibehållen dispersionsförmåga. De två större internationella kunderna, som visat intresse för att delta i det stora FoU-projektet, definierade parametrar för att gå vidare i projektform.

LunaLEC har skickat prototyper baserade på traditionella elektrolyter för att demonstrera vad vi skulle kunna åstadkomma i ett projekt, som skulle syfta till att göra produkter baserade på grafen för att öka graden av återvinning. Kunderna har varit mycket restriktiva med att dela med sig av specifika krav på produkterna. Vad gäller medtech är det fortfarande svårt att få in extern kunskap även med tecknade sekretessavtal, då denna info är kritisk för framtida produkter hos bolagen. LunaLEC har däremot fått en mycket bättre förståelse för ytterligare applikationer, både med och utan grafen som beståndsdel.

Abstract in english

Graphene-based flexible and recyclable light sources for life science applications
LunaLEC manufactures light sources and has several customers who want to integrate thin, lightweight and cheap light films into their medical products. The light stimulates cells and shortens treatment time. To scale up the production of the light sources, it is crucial that LunaLEC identifies a solution-based electrode that can replace the current metal electrode, manufactured by thermal evaporation of aluminum. This method is energy-intensive and slow and is currently the bottleneck that prevents the production on a larger scale, as all other manufacturing steps already take place with scalable printing technology.

LunaLEC has together with Thomas Wågberg produced sulphonated graphene oxide and fluorinated graphene. Thus, we have identified two materials that combine high electrochemical stability with high degree of dispersion. These graphene materials are very promising as electrodes, and can enable complete roll-to-roll manufacturing of shiny plastic sheets. This feasibility study has aimed at evaluating resource needs and identifying additional potential partners to carry out a 3-year project. This would have given us a better basis for how to best implement this critical development. By being well prepared and having a good knowledge of what we have to achieve, we hoped to introduce our technology to the market in 2020.

Effects and results
The goal was to develop a foundation and a team to carry out a larger R&D project with graphene as an important component. Three different aspects were to be verified: 1) execution of early prototypes, 2) identification of development resources and 3) confirmation of personal and financial resources from customers. Various prototypes of graphene electrodes have been developed, which can be used in light-emitting electrochemical cells for both life science applications and areas where the sustainability aspect is of great importance. We developed a team from LunaLEC, Umeå University and Nano for Energy, which could continue to develop the electrodes into a finished product for the intended customers. We succeeded in internal preparation, but failed to provide external partners (customers) with internal support for their part of project funding. LunaLEC and Nano for Energy will therefore not applied for an R&D Project within SIO GRafen in the fall of 2018, but will continue development on its own. We have defined several applications where recycling is important to customers and tested a number of approaches to using graphene as a cathode, which makes future development more focused. The project has laid the foundation for continued product development for both Nano for Energy and LunaLEC. Nano for Energy has continued to test a number of graphene and graphite materials in various forms, to identify the best conditions for a larger project. The focus has been on obtaining graphene with a lower functionalisation degree and thus a higher conductivity but with a sustained dispersion capacity. The two major international customers, who showed interest in participating in the large R&D project, defined parameters to proceed in project form. LunaLEC sent prototypes, based on traditional electrolytes, to demonstrate to the customers what could be accomplished in a project that would aim to make graphene based products to increase the degree of recycling. The customers have been very restrictive to share specific requirements on the products. In the case of medtech, it is still difficult to obtain external knowledge even with signed confidentiality agreements, as this information is critical for future products at the companies. LunaLEC has a much better understanding of further applications, both with and without graphene as an ingredient.

Utlysning:
FoI-projekt och Genomförbarhetstudier (1) 2017

Projektpartners: LunaLEC och Umeå universitet (Thomas Wågberg, Nano for Energy)

Projektledare: Andreas Sandström

E-mail: andreas@lunalec.com

Bidrag: 300 000 kr

Projektets löptid: maj - oktober 2017

Relaterade projekt:
Lösningsbaserad katod för tryckbart ljus (avslutat)

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: