Nya batterier i början

Nya batterier i början

En tredjedel av alla nya bilar som säljs i Kina har redan en plugg, vilket innebär att de är rent elektriska eller hybridvarianter. Trenden stiger kraftigt. I Europa görs alla politiska ansträngningar för att få ut elbilar på marknaden; förbränningsmotorer räknas. Även om elbilar består av betydligt färre delar finns det viktiga särskiljande egenskaper. Medan frågan om förbränningsmotorer var om diesel eller bensin var, är det med elfordon frågan om vilken batteriteknik som finns i flygkroppen. Litiumjonbatteriet dominerar just nu. Men andra tekniker försöker engagera sig, särskilt natriumjonbatterier och litiumjärnfosfatbatterier. Som så ofta är fallet finns det för närvarande ingen batteriteknik som kan göra allt: hög energitäthet, höga laddningsströmmar, hög cykelstabilitet, flamskyddsmedel, och allt detta till lägsta pris med 100 procent återvinningsgrad och lättillgängliga råvaror. Om allt detta kombinerades i en teknik skulle e-mobilitet inte längre ha några kritiker. Men faktum är: varje batteriteknik har sina specifika fördelar och nackdelar. Dessa måste vägas noggrant för att man ska kunna välja den bästa tekniken för respektive applikation. Det finns dock massiva motstridiga mål inom elbilar: Å ena sidan ska räckvidden vara så lång som möjligt, men bilen ska vara billig att köpa för massorna. Från och med idag är det inte möjligt! Men om du flyttar målen åt ena eller andra hållet kan alternativa batteriteknologier redan erbjuda spännande fördelar.

En tumregel är: ju större batteri, desto längre räckvidd. Men också: ju högre pris. Varför har litiumjonbatteriet för närvarande en så dominerande ställning? Vi frågar forskaren Marcus Jahn, chef för kompetensenheten Battery Technologies vid Austrian Institute of Technology (AIT), och en riktig expert på de olika batteriteknologierna. "Vi har känt till den litiumjonteknologi som vi använder för närvarande sedan början av 1990-talet. Men nu har vi kunnat göra cellerna betydligt mer kraftfulla. Trots det arbetar vi redan nära den fysiska gränsen med den här typen av batterier. Vi kan inte längre förvänta oss några betydande språng här." Litiumjonbatterier har några obestridliga fördelar: de erbjuder hög effekttäthet, har en solid livslängd på cirka 1 000 laddningscykler och är rimligt säkra att bygga. Nackdelen: låga temperaturer är inte din vän, återvinning är för närvarande fortfarande mycket dyrt - eftersom det är komplext - och framför allt använder de sällsynta material som nickel, mangan och kobolt. För att inte tala om att litiumbrytning är mycket förorenande och de flesta fyndigheterna är kända i Sydamerika och Australien, vilket också öppnar för ett ”geopolitiskt beroende” – något som forskaren Jahn inte beskriver.

Om batteriet blir billigare blir hela elbilen billigare. Därför pågår intensiv forskning kring alternativ. Det finns för närvarande två tekniker som möjligen - ur vissa perspektiv - skulle kunna konkurrera med litiumjonbatteriet: litiumjärnfosfatbatteriet (förkortat LFP) eller natriumjonbatterierna. Båda varianterna har specifika fördelar och nackdelar. Ford använder redan LFP-batteriet i vissa modeller eftersom det enligt tillverkaren ger en prisfördel på cirka 15 procent. Ytterligare fördelar: Hög cykelstabilitet, mindre känslig för temperatur, kräver inga sällsynta råvaror och är nästan 100 procent återvinningsbar, endast elektrolyten måste kasseras. Detta innebär att LFP-batterier kan göra det billigare att starta en elbil. Nackdelen: Energitätheten är lägre, så det behövs fler celler för samma räckvidd som med ett litiumjonbatteri. Detta skulle öka vikten igen - och även priset. Men om denna teknik används i fordon som inte behöver uppnå maximal räckvidd ger den en klar kostnads- och miljöfördel. Forskaren Marcus Jahn anger skillnaden i energitäthet till runt 20 procent. "Målet här bör inte vara att byta ut litiumjonbatteriet 1:1 mot LFP-batteriet, utan snarare kan tekniken vara ett kostnadseffektivt alternativ om den används på rätt sätt om det avsedda syftet väljs därefter", säger forskaren.

Natriumjonbatterier gör för närvarande ett namn för sig själva i Kina och åtnjuter växande popularitet. AIT-forskaren Marcus Jahn kan också intyga cellernas mycket positiva egenskaper: "Natriumjonbatteriet har forskats intensivt i cirka sju år. Tekniken var ursprungligen avsedd för stationär drift eftersom den tillåter attraktiva kostnader per kilowattimme. Andra fördelar: Natrium är lättillgängligt över hela världen, vilket minskar kostnaderna. Dessutom kan cellerna tillverkas på exakt samma sätt som batterier, till och med endast på samma sätt som batterier, till och med i praktisk produktion. litium ersätts med natrium." Men å ena sidan kräver denna cell också sällsynta råvaror förutom litium och kan inte integreras med litium i samma återvinningsprocess. Men problematiken är en annan: energitätheten är lägre, ungefär en fjärdedel av den saknas i litiumcellen. Betyder: Prisfördelen köps återigen på bekostnad av sortimentet. Men batteriforskaren Marcus Jahn försöker förklara varför den här tekniken fortfarande har potential: "Vi får inte glömma att efterfrågan på elbilar kommer att öka rejält nu och i framtiden. Så man behöver snabbt mycket batterier, och det är inte alla elbilsanvändare som behöver en räckvidd på 700 kilometer. Här kan natriumjonbatteriet vara en bra kompromiss mellan räckvidd, tillgänglighet och pris." I slutet av vår intervju frågade vi forskaren vilken typ av batteri vi kommer att använda på medellång sikt, under de kommande fem åren. Svaret: "Litiumjontypen kommer att dominera tills dess." Men vad som kommer härnäst är fortfarande en öppen fråga baserad på det aktuella forskningsläget.

Litiumjon

+ hög energitäthet

+ stabil cykelstabilitet

+ omfattande efterforskningar

- dyrt

– resurskrävande produktion

– komplex återvinning

Litiumjärnfosfat

+ billigare

+ mycket hög cykelstabilitet

+ mindre känslig för temperatur

– lägre energitäthet

Natriumjoner

+ Natrium är rikligt och lätt att få tag på

+ därför billigare

+ Kan produceras på litiumjonproduktionslinjer

– lägre energitäthet

– upp till litium, som är lika resurskrävande att producera

– komplex återvinning