Hva er viktigst i den videre batteriutviklingen?
Vi spør seniorforsker Paul Inge Dahl ved avdeling for bærekraftig energiteknologi ved Sintef Industri.
1. Hvilke typer batterier brukes mest?
– Blybatterier har fortsatt en sentral rolle som blant annet startbatterier og for stasjonær lagring. Litium-ionbatterier har overtatt resten av markedet og stort sett erstattet tidligere konsepter som nikkel-kadmium (NiCd) og nikkel-metalhydrid (NiMH) for mobiltelefoner, PC-er, elektriske verktøy og så videre.
Litium-ion har også revolusjonert elbilmarkedet og gjort det mulig med lange rekkevidder.
2. Hva slags materialer benyttes i batterier?
– Batterier for elektrisk mobilitet, som vi trenger mest av, er laget av litium metalloksider som innebærer en blanding av kobolt, nikkel og mangan på plusspolen og grafitt på minuspolen. Et litiumsalt oppløst i en organisk væske er batteriets elektrolytt, mens kobber og aluminium er viktige materialer for å lede strømmen fra henholdsvis anoden og katoden. Det bør nevnes at litium, kobolt og naturlig grafitt alle er såkalte kritiske råmaterialer. Det vil si materialer som finnes eller utvinnes i for liten grad i forhold til behovet.
3. Hvilke alternative materialer kan brukes?
Slik bygges et batteri trinn for trinn
Det finnes alternative katodematerialer uten kobolt, for eksempel med jern og fosfor, men de har ikke like høy energitetthet. For neste generasjons litium-ionbatterimaterialer er det fokus på å finne like gode eller bedre materialer uten kobolt, med redusert innhold av litium og syntetisk grafitt produsert med lavt CO2-fotavtrykk. I tillegg tas silisium i bruk for å erstatte deler av grafitten og øke kapasiteten til batteriet. Litium-svovelbatterier og batterier med faststoff elektrolytt for økt sikkerhet er spennende alternativer til dagens batterier. Resirkulering av batterier for gjenbruk av de verdifulle materialene er viktig for å sikre en bærekraftig batteriverdikjede.
4. Hva er kostnadene for batteriproduksjon?
– Materialene som inngår i batteriene er den største kostnadsdriveren. I tillegg er produksjon av battericeller energiintensivt og forbundet med høye utslipp av klimagasser. Tilgang til billig strøm fra fornybare kilder er derfor en av de viktige årsakene til at batteriproduksjon i Norge er attraktivt. Det jobbes mot en kostnad på 100 euro pr. kWh batteri i en ferdig batteripakke. Selv med dette målet vil produksjonskostnaden til en 50 kWh batteripakke for en middels elbil altså koste ca. 50.000 kroner.
5. Hva bør forskningen fokusere på framover?
Som materialteknolog er jeg spesielt interessert i forskning på nye, bedre, sikrere, billigere og mer miljøvennlige batterimaterialer. Inkludert faststoff og høyspent elektrolytter. Nye, forbedrede prosesser for batteriproduksjon må på plass for å få ned kostnader og utslipp. Det bør forskes videre på integrasjon og bruk av batterier i nye applikasjoner, som for eksempel fly, sikkerhet rundt ulike batterisystemer og nødvendig ladeinfrastruktur. Gjenbruk og resirkulering av batterier er også viktige forskningsområder for å sikre en bærekraftig sirkulærøkonomi for batterier. Alle disse temaene jobber vi aktivt med i Sintef sammen med industrien og de norske og internasjonale forskningsmiljøene.
Denne artikkelen ble først publisert i TU-magasinet, nr. 9/2021
Batteriekspert: – Slutten for litium-metall hos Northvolt
