Elektrokemi kan nog vara den mest underskattade vetenskaps­diciplinen vi har. Jag säger inte det (bara) för att det råkar vara mitt fält och att ingen verkar ha en aning om vad det handlar om! För även om elektrokemi kanske inte är lika sexigt som astronomi eller spektakulärt som partikelfysik så är den praktiska nyttan enorm! Men ta inte mig på orden. Fråga Steven Chu, Nobelpristagare och tidigare energiminister i Obama-regeringen. I en föreläsning på det 232:a mötet för Electrochemical Society (ECS) med titeln “Elektrokemins roll i vår övergång hållbar energi” talade han om hur elektrokemi skall hjälpa oss att övervinna vår törst efter fossila bränslen. Det är en sevärt föreläsning inte bara för elektrokemin utan också för en sällsynt bit optimism om en fossilfri framtid!

Så vad är då elektrokemi om det nu är så viktigt? Och varför är det viktigt? Och varför i helskotta kan ingen något om det! Om man frågade den så kallade “mannen på gatan” om vad elektrokemi är så skulle han nog jaga bort en för att man ställde dumma frågor. Men om man kunde lugna ner honom tillräckligt för att klämma ut ett svar så skulle han kanske mumla något om batterier för att prompt återvända till Facebook, Twitter eller TikTok utan en tanke på den elektrokemiska revolution som göms i en vanlig smartphone. Och då är batterier bara en rätt på den elektrokemiska buffén. För att förenkla lite kan man säga att det finns fyra huvudinriktningar inom elektrokemi:

• Energiprylar – såsom batterier, bränsleceller, superkondesatorer, färgämnessolceller, och så vidare…
• Sensorer – för att mäta saker, som blodsockernivåer, gaser, jonkoncentrationer, med mera…
• Elektrosyntes – att göra kemikalier med hjälp av elektricitet.
• Korrosion – Rost!

Den första gruppen är det som Chu talar om i sin föreläsning. Nu när elbilar och bränslecellsbilar börjar slå sig in på marknaden på allvar är det den här gruppen som hjälper oss bort från bensinslukarna. Men batterirevolutionen slutar inte vid bilar, smartphones och datorer med tio timmars batteritid. Den snabba utvecklingen av batteriteknik har gjort dem till en tänkbar lösning som energibackup för intermittenta energikällor som sol och vind, som inte levererar ström jämt. Åtminstone på lokal nivå. Enorma redoxflödesbatterier kan ha en kapacitet på mer än 10 MWh (ungefär så mycket energi ett hushåll använder på ett år) och de kan skalas upp eller ner för att möta olika behov. Och inga av de här teknologierna är i närheten av sin maxkapacitet! Det finns massa potential (förlåt!) för uppgraderingar som kan öka deras möjligheter och driva ner priserna.

Vilket för oss in på solenergi! Även om färgämnessolceller (DSSC – eng. dye-sensitised solar cell) kanske inte levt upp till de högt ställda förväntningarna så görs stora framsteg på labbnivå. Det gäller kanske framförallt inom DSSC-er baserade på perovskiter som är ett relativt nytt, fascinerande material.¹ Om de kan fås att fungera ordentligt utanför labbet (där förhållandena är lite mer… röriga) så kan de bidra till betydligt billigare solenergi.

Den andra gruppen – sensorer – är det som är närmast mitt område. Det inkluderar saker som blodsockermätare för diabetiker, vilket är en enorm marknad. Runt 400 miljoner människor lider av diabetes och långt över en miljon dör varje år. För övrigt var jag för några år sedan medförfattare på en översiktsartikel (sk review-artikel) om just elektrokemiska glukosmätare.² Sedan finns det jonselektiva sensorer som varje dag används för miljontals standardblodtest. Om du någon gjort ett blodprov och fått ett mått på mängden Na<sup>+</sup>, K<sup>+</sup> etc. så var det sådana sensorer som användes. Elektrokemiska sensorer är big business även många av de mer … fantasifulla … sensorerna in den vetenskapliga litteraturen aldrig lär nå utanför labbet.

Elektrosyntes är ett relativt nytt intresseområde som c&en nämnde som ett av årets forskningsfält 2017. I grunden är det vanlig kemisk syntes (illaluktande kemi) där man använder elektroner för att hjälpa till vid reaktionerna. Genom att använda elektricitet som en “reaktant” kan man undvika många andra problem och göra syntesen mer effektiv, mindre giftig – grönare, som man säger. Men, ärligt talat, kemisk syntes (vare sig elektro- eller ej) är alltför långt in i “riktig” kemi för den här stackars fysikern.

Sedan är det den fjärde gruppen. Korrosion! De flesta elektrokemister jag känner, som inte själva jobbar med korrosion tycker att det är lite, tja, tråkigt. För praktiskt, för industriellt, för… gammalt.[Det är såklart en helt falsk stereotyp vilket jag lärt mig bland annat genom att läsa @Maryam_Eslami på Twitter.] Men korrosion kostar! En del ofta citerade studier menar att den direkta kostnaden på grund av korrosion i ett industriland ligger på runt 3% av BNP, med ytterligare indirekta kostnader åtminstone lika höga. Även om de siffrorna skulle vara något höga motsvarar det lätt långt över en BILJON (10¹²) dollar per år! Mycket mer än de andra grupperna tillsammans! Så det är inte underligt att utveckling av korrosionsresistenta material, ytbeläggningar, etc. är en viktigt uppgift inom elektrokemi. Men, som sagt, de flesta elektrokemister³ verkar tycka att korrosion är ett tämligen oglamoröst ämne i utkanten av deras intressen.

Så varför, om nu elektrokemi är så viktigt, hör vi så lite om det?

Ta en titt på bilden längst upp! Det var man får om man bildgooglar på “electrochemistry“. Jämför det med en bildgoogling på “particle physics” eller “condensed matter physics“⁴, eller t.o.m. “organic chemistry“. Elektrokemi har ett imageproblem – en typisk experimentuppställning är spektakulärt oansenlig! Tyvärr finns det kanske inte så mycket att göra vad gäller visuell dragkraft⁵, men när elbilar blir mainstream och vi nyligen fick ett Nobelpris så kanske vi kan kanalisera lite av det intresset till vetenskapen som ligger bakom också. Och förhoppningsvis lite längre än till ytterligare en rubrik om att “forskare skapar ett nytt batteri som kan laddas jättesnabbt…“

1. DSSC är en ganska ung teknologi. De kallas också Grätzel-celler, efter Michael Grätzel som fortfarande är en aktiv forskare.
2. Artikeln finns gratis tillgänglig här
3. Även jag får jag nog säga, även om det är i förändring.
4. och de menar att de är ouppskattade
5. Därmed inte sagt att elektrokemi inte kan vara vackert. Titta till exempel på Caleb Charlands spektakulära bilder. Speciellt hans enkla apelsinbatteri.