Vi talar om batterier, vätgas och elektrifiering. Anna Martinelli går ett steg längre ner – till materialen som får tekniken att fungera. Hennes forskning sträcker sig från grundläggande frågor om hur joner och molekyler beter sig till bränsleceller, energilagring och möjligheter att utveckla mer hållbara material. Nästa sommar samlar hon forskare från hela världen på Chalmers kring ett område som följt henne genom forskarkarriären: jonvätskor.
– Om ett batteri funkar så gör det det för att man har satt ihop rätt material i rätt komponenter. Om det är jonledningsförmåga eller termisk stabilitet som skall optimeras, så är det materialval som styr.
Anna Martinelli är professor vid institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers och vice-föreståndare för svenskt kompetenscentrum för el-energilagring och balansering, SESBC.
Hennes forskning rör sig mellan grundläggande materialforskning och teknik för energiomställningen.
Den spänner också över flera vetenskapliga metoder och discipliner – något som har blivit allt vanligare inom materialforskningen.
Där en vetenskaplig artikel tidigare kunde bygga på resultat från en enskild metod krävs i dag ofta flera metoder och kompetenser från olika discipliner. Det är vårt nya sätt att forska, menar hon – men det innebär också en risk:
– När man arbetar med allt fler metoder får forskningen en större bredd, men samtidigt finns en risk att man tappar den djupa kompetensen inom varje enskild metod.
För Anna Martinelli är det inte en fråga om att välja.
– Jag tror man behöver både bredd och djup i den pågående forskningen.
Från material till energi
Energi var inte det självklara målet när Anna Martinelli började forska.
Hennes examensarbete handlade om material kopplade till biologi och hälsa. När hon senare sökte doktorandtjänster fanns flera möjliga vägar. På Chalmers handlade projektet om material för bränsleceller.
– Det kändes tekniskt, men ändå riktigt roligt. Jag ville jobba med något konkret. Det fick gärna vara mer material och mindre teori, om man säger så.
På vägen kom också kemin in.
– Det var samarbete med kollegor på Kemi i mina projekt. Så redan då började jag jobba över ämnesgränserna. Men energiområdet var inte från början ett måste för mig, utan råkade bli det.
I dag är kopplingen mellan materialvetenskap och energi central. Anna Martinelli ser en bränslecell eller elektrolysör utifrån materialen och komponenterna som tekniken är uppbyggd av.
Men ett enskilt material räcker inte.
– Sedan finns det ett systemperspektiv såklart. En katalysator eller en jonledande vätska ska prestera i sin anordning, men den ska i sin tur fungera effektivt i ett större system, till exempel mot ett elnät.
Jonvätskor öppnar fler vägar
Bränsleceller och elektrolysörer är bara en del av Anna Martinellis forskning. Ett område som återkommer är jonvätskor – salter som är flytande vid förhållandevis låga temperaturer och vars egenskaper kan styras genom den kemiska sammansättningen.
Jonvätskor har bland annat hög jonledningsförmåga och termisk stabilitet, låg flyktighet och är svårantändliga. Detta gör dem intressanta som exempelvis elektrolyter i batterier, bränsleceller och andra system för energilagring.
Jonvätskor studeras också i processer för separation och återvinning. De kan exempelvis användas för att utvinna litium, kobolt, nickel och sällsynta jordartsmetaller ur uttjänta batterier och magneter. Andra möjliga användningsområden finns inom återvinning av polymerer och för att ta tillvara värdefulla ämnen ur biomassa.
I juni 2027 samlas forskare från hela världen på Chalmers för konferensen ILMAT-9. Med den som utgångspunkt – var befinner sig forskningen om jonvätskor och jonvätskebaserade material i dag, och vilka frågor är särskilt intressanta just nu?
– Oj, en svår fråga. Forskningsfältet kring jonvätskor är stort, både i Europa och i resten av världen. Jag har många kollegor som jag samarbetar med, till exempel i Spanien, Storbritannien, Frankrike, USA och Australien.
Jonvätskor har sitt ursprung i forskningen om smälta salter, men området fick ett stort uppsving i början av 2000-talet. Sedan dess har fokus skiftat – från syntes av jonvätskor som tål fukt och luft till att förstå deras nanostruktur och deras potential för användning i exempelvis batterier och superkondensatorer. Hur jonvätskornas egenskaper förändras i nanoporer har också varit ett hett forskningsområde. I dag studerar man bland annat deras elektrokemiska stabilitet och olika typer av vätebindningar, men också hur de kan användas som grönare och effektiva lösningsmedel.
När materialen möter industrin
På svenskt kompetenscentrum för el-energilagring och balansering, SESBC, blir kopplingen till tillämpning tydligare. Centrets vision är ett elsystem som kan möjliggöra ett samhälle baserat på 100 procent förnybar energi. När en större del av elen kommer från exempelvis sol och vind ökar behovet av att kunna lagra energi och balansera produktion och användning när tillgången på el varierar.
Forskningen inom SESBC spänner därför över hela kedjan – från material och komponenter till energisystem och intelligent styrning. Anna Martinellis forskning ligger nära material- och komponentnivån.
I ett av projekten arbetar hennes grupp med material och komponenter i PEM-bränsleceller och elektrolysörer (PEM står för proton exchange membrane, protonutbytesmembran).
– Det handlar om vad som händer på material- och komponentnivå. Vad är det vi ska utveckla och göra bättre för att öka effektiviteten?
Utgångspunkten kan vara mycket konkret.
– Om en anordning inte fungerar, var finns förlusterna? Vad ska förbättras för att öka effektiviteten?
SESBC samlar både akademiska och icke-akademiska partner, bland annat mindre företag och startups som utvecklar egna komponenter.
– Vi vill jobba med deras produkter och se hur vi kan hjälpa till att utveckla dem.
Anna samarbetar också med företag utanför SESBC. Ett exempel är Göteborgsföretaget PowerCell, där forskarna har studerat material och komponenter i fungerande bränsleceller och vad som händer med dem när de används under hög strömtäthet.
– Slutanvändaren vill veta hur en bränslecell ska köras. Hur ska material och komponenter förberedas för att den ska fungera så bra som möjligt?
En elektrolysör – för en vanlig dödlig
Elektrolysörer och bränsleceller befinner sig på varsin sida av samma kemiska process.
Anna Martinelli förklarar:
– En elektrolysör är en anordning som spjälkar vatten till vätgas och syrgas. Den reaktionen är inte spontan, så den kräver elektricitet in.
En bränslecell gör i princip det motsatta.
– Den förbrukar vätgas och syre och skapar elektricitet i stället. Så på det sättet hänger de ihop. Den ena genererar bränslet som vi kanske senare kan använda i en bränslecell, och bränslecellen genererar elektricitet.
När det finns gott om elektricitet kan en elektrolysör använda den för att producera vätgas.
– Då har man lagrat energi vid sidan om, som man senare kan använda vid brist på elektricitet.
Detta är ett exempel på hur forskningen rör sig mellan skalorna – från vad som händer i ett material till hur tekniken fungerar i ett större energisystem.
Tre projekt blev vägen till Chalmers
Vägen till Chalmers började betydligt tidigare – och ganska oplanerat.
Anna Martinelli växte upp utanför Rom med en svensk mamma och en italiensk pappa. Hon hade redan börjat läsa på universitet i Italien när hon som 20-åring gav sig ut på Interrail med en kusin.
Under resan skulle hon bestämma sig för om hon skulle fortsätta i Italien eller prova livet i Sverige.
– Jag tänkte att om jag kom bort från det invanda skulle det bli lättare att tänka fritt och känna efter vad jag själv ville. Vad säger magkänslan?
Hon avslutade resan i Sverige.
– Då hade jag nästan ingenting med mig. En ryggsäck, lite kläder i ganska ful färgkombination, kängor och väldigt lite pengar.
Hon hamnade på Växjö universitet, numera Linnéuniversitetet, och fortsatte sina studier med inriktning mot fysik.
– Jag började tidigt extrajobba som övningsledare i matematik på basåret. Då var jag bara ett till tre år äldre än mina studenter!
När det blev dags för examensarbete ville hon vidare till en annan forskningsmiljö.
– Jag tänkte att jag kanske ska göra arbetet på ett annat ställe. Jag ville pröva en större forskningsmiljö.
Hon letade upp professorer och mejlade dem.
– Jag hittade tre masterprojekt. Till mig och till två kompisar.
Hon skrattar åt det när hon ser tillbaka.
– Då tänkte man inte så mycket på det. Men när man ser tillbaka nu tänker jag: det var nog lite proaktivt ändå!
De tre flyttade till Göteborg och gjorde sina experimentella examensarbeten på Chalmers. Det blev början på något betydligt längre.
Från forskarassistent till professor
Efter examensarbetet hade Anna Martinelli möjlighet att doktorera i Lund, Karlstad eller på Chalmers. Valet var inte resultatet av någon långsiktig karriärplan.
– Det var lite pragmatiskt. Jag kände kanske att Göteborg som stad lät lite roligare. Och så valde jag Göteborg och Chalmers.
Efter doktorsexamen och tre år utomlands, bland annat som postdoktor vid LEPMI i Grenoble, blev hon 2010 en av de unga forskare som rekryterades i en tidig omgång av Chalmers satsning på forskarassistenter.
Till skillnad från ett äldre akademiskt system fanns här en tydligare väg för unga forskare att bygga upp sin verksamhet och meritera sig vidare.
– Jag valdes i en internationell rekryteringsprocess. Det fanns en plan för oss unga som började. Till exempel fick vi en startsumma för att bygga upp en egen grupp och en väldigt uppskattad ledarskapsutbildning.
Anna Martinelli blev docent 2015, biträdande professor 2020 och full professor 2025.
En forskningslinje som går tillbaka
Redan 2013 fick hennes forskning ett tidigt erkännande. Anna Martinelli tilldelades stöd ur Konung Carl XVI Gustafs 50-årsfond för vetenskap, teknik och miljö för forskning om elektrolyter för nästa generations bränsleceller.
Själv minns hon också något helt annat från dagen då hon skulle ta emot stipendiet på slottet.
– Det var så häftigt och stressigt att jag glömde min digitala kamera i taxin, som försvann snabbt som blixten.
Hon lyckades få tillbaka den – för att sedan ändå få veta att fotografering var strikt förbjuden.
– Då hade jag stressat runt helt i onödan.
Världen kommer till Chalmers
Den 21–24 juni 2027 står Chalmers värd för ILMAT-9 – Ionic Liquid Derived Materials. Anna Martinelli är koordinator för konferensen, som samlar forskare kring jonvätskor och material baserade på jonvätskor.
Det blir första gången konferensserien hålls i Norden. Till Göteborg väntas forskare från Europa men även från bland annat USA, Brasilien och Australien.
Ämnet speglar också bredden i det forskningsfält där Anna Martinelli verkar. Jonvätskor studeras för energilagring, men också för bland annat återvinning av kritiska metaller och andra cirkulära materialprocesser.
För övrigt, Anna …
… väntar fortfarande på en inbjudan till Nobelfesten. Så är det någon som har en inbjudan och kan ta med en vän …
Och när hon inte forskar spelar hon tennis. Drömmen om en framtida tenniskarriär lever vidare.
- Professor (N2), Tillämpad kemi, Kemi och kemiteknik
