Lösningsbaserad katod för tryckbart ljus

Foto: LunaLEC

Syfte och mål
Syftet med projektet var att ta fram en fungerande ljusemitterande prototyp, där grafen var en integral delkomponent, som kan skapa ljus vid en spänning lägre än 6 V, vilket man lyckats med. Målet var att de första kunderna skulle få tillgång till ljusemitterande paneler med grafenbaserade elektroder i slutet av 2016. Grafen kan ersätta och eliminera användningen av indiumtennoxid (ITO) och aluminium, vilka kräver återvinning där metallerna tas tillvara.

Effekter och resultat
LunaLEC har tillsammans med Thomas Wågberg (nano for energy group, Umeå universitet) undersökt möjligheten att använda reducerad grafenoxid (r-GO) i ljusemitterande elektrokemiska celler (LEC). Reducerad grafenoxid har många bra egenskaper som är viktiga för LEC-teknologi och kan möjliggöra tillverkning av ljus helt från lösningsbaserade metoder. Det skulle göra LunaLECs produkter unika på marknaden.

Resultaten visar en förbättring av prestandan tack vare r-GO. Ljusstyrkan och drivspänningen är inom de krav LunaLEC har för kommersialisering, och livstiden har förbättrats. Trots detta är livstiden ändå för kort, och långt från den prestanda som erhålls med ej lösningsbaserade elektroder. Orsaken till detta har identifierats som en materialegenskap hos r-GO, vilket betyder att nya alternativ måste hittas.

Projektet har därför även utvecklat ny funktionaliserad grafen med ännu högre elektrokemisk stabilitet och lösbarhet än r-GO, vilket underlättar applicering från lösning. En prototyp har tagits fram som består av helt metallfri ljuskälla (LEC) i plastfilm där en grafenbaserad elektrod ersätter indiumtennoxid (ITO) eller aluminium. Den leder ström och kan lysa vid en spänning lägre än 6 Volt. Resultaten är väldigt lovande då detta grafen ger ytterligare förbättringar av prestandan i form av lägre spänning, längre livstid och högre ljusstyrka. Materialet är dessutom mer genomskinligt, vilket är en väldigt viktig egenskap för ljusemitterande komponenter.

Projektet har gjort att man kommit närmare fullskalig produktion, men fortsatt utveckling krävs för att grafen ska kunna introduceras i LunaLECs komponenter. Det som saknas är en robust tillförlitlig form av grafen som kan användas för produktion i vanlig rumsatmosfär. Genom projektet har man kommit närmare fullskalig produktion, men fortsatt utveckling krävs för att grafen ska kunna introduceras i LunaLECs komponenter.

Idag är flera projekt igång med målet att ha produkter på marknaden 2020. Man tror att chanserna att inkludera grafen i dessa produkter är goda, då grafen är ett av de mest lovande materialen för elektrodproduktion i LECs.

En prototyp har tagits fram av en ljusemitterande elektrokemisk cell i plastfilm, med en grafenbaserad elektrod, som leder ström och kan lysa.
LunaLEC har tagit patent på att använda grafen som katod.
Produkten skulle kunna användas inom medicinområdet i form av armband som aktiverar vissa typer av cancerbehandlingar med hjälp av ljus eller till lysande plåster som går att forma efter kroppen.

Abstract in English

Solution-based cathode for printable light

Purpose and goal
The aim of the project was to produce a functional light-emitting prototype, where graphene was an integral component part, which can generate light at a voltage of less than 6 V. The objective was that the first customers would have access to the light-emitting panels with graphene based electrodes at the end of 2016. Graphene can replace and eliminate the use of indium tin oxide (ITO) and aluminum, which require recycling of the metals.

Effects and results
LunaLEC has, together with Thomas Wågberg (nano for energy group, Umeå universitet) investigated the possibility of using reduced graphene oxide (r-GO) in light-emitting electrochemical cells (LEC). Reduced graphene oxide has many good properties that are important for LEC technology and can enable the manufacture of light entirely from solution-based methods. This would make LunaLEC's products unique in the market.

The results show an improvement in performance thanks to r-GO. Brightness and drive voltage are within the requirements of LunaLEC for commercialization, and the lifetime has improved. Nevertheless, the lifetime is still too short, and far from the performance obtained with non-solution-based electrodes. The reason for this has been identified as a material property of r-GO, which means that new options must be found.

The project has therefore also developed new functionalized graphene with even higher electrochemical stability and solubility than r-GO, which facilitates application from solution. The results are very promising as this graphene provides further performance improvements in terms of lower voltage, longer lifetime and higher brightness. Moreover, the material is more transparent, which is a very important feature for light emitting components.

The project has come closer to full scale production, but further development is required for introducing graphene into LunaLEC's components. Today, several projects are running with the goal of having products on the market in 2020. We believe that the chances of including graphene in these products are good, as graphene is one of the most promising materials for electrode production in LECs.

A prototype has been developed by a light emitting electrochemical cell in plastic film, with a graphene based electrode, that directs current and can shine. LuncaLEC has patented using graphene as cathode. The product could be used in the field of medicine.

Utlysning:
Förstudieprojekt samt Forsknings- och Innovationsprojekt 2015

Projektpartners: LunaLEC och Umeå universitet

Projektledare: Andreas Sandström, LunaLEC

Bidrag: 2 000 000 kr

Projektets löptid: 2015 – 2016

Relaterade projekt:
Grafenbaserade flexibla och återvinningsbara ljuskällor för livsvetenskapliga applikationer

Relaterade styrkeområden: