Framtidens batterier – mer räckvidd, lägre pris

Premium Mer räckvidd till lägre pris? Med nya material och en annorlunda batterikemi vill tillverkarna uppnå detta inom en mycket snar framtid. Vi presenterar några lovande koncept.

Framtidens batterier – mer räckvidd, lägre pris

En tank diesel kan ge en räckvidd på runt 100 mil i en snål bil. Dagens elbilsförare vet däremot definitivt var laddningsluckan sitter, även stora 100 kWh-batterier har oftast en räckvidd på endast 50 mil som bäst. Det måste bli ändring på det och just därför forskar man för fullt för att kunderna ska slippa stå vid en snabbladdare stup i kvarten.

Det är stora framsteg vi kan förvänta oss och det gäller inte enbart räckvidden.

Samtidigt som batterikapaciteten och energitätheten ska öka ska produktionskostnaden sjunka utan att man för den delen struntar i produktionens etiska aspekter. Framför allt koboltutvinningen är en brännpunkt ur människorättshänseende.

Visserligen vill man kontrollera omständigheterna med hjälp av bättre transparens i leveranskedjan, men det hade definitivt varit bättre om framtidens batterier hade klarat sig helt utan tveksamma material.

Det är inte enbart cellkemin som utvecklas kontinuerligt utan även batteriernas uppbyggnad.

I dag använder man sig till övervägande del av NMC-batterier vars aktiva ämnen är nickel, mangan och kobolt, men det finns en del argument som talar emot batteritypen.

Först och främst är några av materialen dyra och sällsynta och vid skador finns det en risk för svårsläckta, elektriska bränder. Dessutom är NMC-batteriernas livslängd begränsad, vilket dock inte betyder att man snart kommer att överge batteritypen.

På plussidan står nämligen en industri redan klar med fabriker som producerar batterier för hela världen. Detta kan dock snart visa sig vara ett hinder på vägen till nya tekniker, eftersom NMC-produktionen bara delvis kan ställas om till andra kemiska sammansättningar.

Det behövs alltså nya fabriker. "Om vi fortsätter att använda dagens teknik får vi räkna med att koboltreserven är förbrukad innan decenniets slut", berättar Maximilian Fichtner från Helmholtzinstitutet i tyska Ulm. Den ansedda forskaren ser det dock inte som ett större problem. Han pekar istället på två lovande alternativ till NMC-sammansättningen: natriumjon- och LiFePO4- batterier (LFP).

Fördelen med natriumjonbatterier är sammansättningen som huvudsakligen består av natrium, järn och en kolförening, alltså billiga material som även finns på våra breddgrader och som gör den europeiska batteriproduktionen oberoende av kinesiska aktörer.

CATL forskar redan om batteritypen som fungerar över ett brett temperaturspektrum i laboratoriet. Dessvärre är batterierna tunga och deras livslängd har fortfarande förbättringspotential.

Framtidens billiga batteri har dock ett annat problem som vi hittills inte har mött: Återvinningen är helt enkelt inte lönsam. Dagens återvinningsprocesser är enbart meningsfulla eftersom material som kobolt och mangan kan säljas igen.

Med natrium och järn genererar återvinningen mycket mindre profit. Det krävs alltså en politiskt inblandning med återvinningskvoter som garanterar att materialet återvinns. Men det finns även en annan batterityp som är mycket lovande, nämligen litiumjärnfosfatbatterier (LFP).

Professor Maximilian Fichtner, Helmholtzinstitutet i Ulm.


"I slutänden är det ändå priset och prestandan som avgör om batteriet blir en succé eller en flopp."


Tesla satsar redan på den här typen av batterier i sina kinesiska fabriker som producerar Model 3. Den är visserligen prisvärd men har länge ansetts vara för utrymmeskrävande och omständlig att producera.

"Produktionssäkerheten för LFP-batterier är numera utmärkt och genom skicklig paketering kan man spara så pass mycket utrymme att man kan öka räckvidden med upp till 20 procent", berättar Fichtner.

Men inte heller LFP-batterier är elbilarnas heliga gral, det finns nämligen några nackdelar. Batteritypen fungerar nämligen enbart optimalt inom ett begränsat temperaturområde. På vintern sjunker effektiviteten kraftigt och det kan därför egentligen inte användas i bilar.

Knepet är att värma upp batteriet med elektricitet, vilket visserligen kostar lite räckvidd, men med tanke på teknikens fördelar kan man utan problem leva med detta. LFP-batteriets livslängd är nämligen totalt överlägsen andra batteritypers. Man pratar om upp till 5 000 laddningscykler vilket motsvarar en sammanlagd livslängd på runt 250 000 mil.

I framtiden är det stora battericeller som gäller! Formen anpassas enkelt efter utrymmet och det sparar mycket plats jämfört med vår aktuella teknik där batteriet är uppbyggt av en mängd små celler. Tack vare det sparade utrymmet kan kapaciteten ökas med upp till 20 procent.

Batteriernas räckviddskung är dock fortfarande solid state-batteriet. Det är mycket mindre än NMC-batterier vilket ger en räckviddsfördel på runt 40 procent jämfört med batterier med flytande elektrolyter. Solid state-batterier kan dessutom snabbladdas utan problem.

Det är alltså inte konstigt att Volkswagenkoncernen forskar för fullt tillsammans med partnern Quantumscape för att få fram ett vettigt batteri. Problemet är dock tillverkningsprocessen.

Ur ekonomisk synvinkel kan en befintlig produktionsplats inte ställas om till solid state-produktion. Det gäller alltså att bygga nya fabriker. Dessutom fungerar många av teknikens lovande egenskaper endast i laboratium, men än så länge inte på gatan.

"I slutänden är det ändå priset och prestandan som avgör om batteriet blir en succé eller en flopp, och priset för ett solid state-batteri kommer antagligen vara högre än för andra batterityper", förklarar Fichtner.

Det är alltså mycket möjligt att framtidens elbilar matas av en mängd olika batterier, men så länge räckvidden och priset stämmer, spelar det ingen som helst roll för kunderna.


QUANTUMSCAPE

Volkswagen satsar på Quantumscapes batteriteknik. Företaget utvecklar solid state-batterier som är mycket kompakta eftersom man avstår från flytande elektrolyter. Det ger batteriet en överlägsen energitäthet. Quantumscape lovar även ultrasnabb laddning: enligt officiella siffror räcker det med 15 minuters laddning för att nå 80 procent av batteriets maximala kapacitet.

SILA NANO

BMW och Daimler samarbetar med Sila Nano och har investerat inte mindre än 300 miljoner dollar vardera i jakten på framtidens batteri. Det speciella med deras batterier är man använder kiselanoder (istället för kol) som ska öka kapaciteten med cirka 40 procent jämfört med dagens NMC-batterier. Sila Nanos batterier kan dessutom produceras i redan befintliga fabriker.

SOLID POWER

Även här visar BMW stort intresse, precis som amerikanska Ford. Solid Power forskar om kiselanoder som ska öka energitätheten med 30 procent. Fram till massproduktion dröjer det dock. Solid Power lovar att dra igång tillverkningen 2026.


Gryning för LiFePO4-batterier

Med Model 3 satsar Tesla redan på litiumjärnfosfat-batterier, med Renault och Stellantiskoncernen hack i häl. VW arbetar tillsammans med den kinesiska batterispecialisten Gotion High-Tech för att få fram ett nytt batteri. Det anses vara mycket säkert, men har än så länge inte samma höga kapacitet som litiumjonbatterier. Experter tror dock att batteriets kapacitet snabbt kommer att växa.

Källa: Helmholtzinstitutet i Ulm