Batterier er en av nøklene til å lykkes med det grønne skiftet. Bilindustrien, elektronikkprodusenter og energiprodusenter trenger et enormt antall nye batterier for å klare omstillingen. Det globale markedet for litiumbatterier hadde en omsetning på rundt 400 milliarder norske kroner i fjor og ventes å tredoble seg det neste tiåret.
Men eksplosjonen i batteriproduksjonen har også sine egne bærekraftsutfordringer. Batteriene vi produserer i dag, skal gjenvinnes i morgen. Gode analysemetoder vil være avgjørende for å sikre både kvaliteten og ytelsen til batteriene og muliggjøre økt resirkulering.
Norden blir viktig
Norge og de nordiske landene investerer tungt i batteribransjen. Selskaper som Northvolt, HydroVolt, Beyonder, FREYR, Morrow og Valmet har allerede eksisterende eller planlagte fabrikker i Norden. Til sammen er ti gigantanlegg for produksjon og resirkulering av batterier i de nordiske landene under utvikling. Grunner til det inkluderer tilgang til lavkostnads- og lavutslippskilder til energi, som vannkraft og vindkraft, samt kompetent personell. Som et resultat av dette blir Norden et av de viktigste globale sentrene for batteriproduksjon.
Jakten på fornybare energikilder og reduserte globale karbondioksidutslipp har gjort oss stadig mer avhengige av nye batteriteknologier. Batterier må også oppfylle høye tekniske krav, de må være motstandsdyktige mot varme og slitasje, og de må gjøres så små og lette som mulig. Materialene som brukes skal være av høy kvalitet og renhet, slik at batteriene gir best mulig ytelse. I tillegg må denne raskt voksende mengden batterier kunne gjenvinnes.
Ny batterifabrikk kan produsere 50.000 nye batterimoduler årlig
Analyse er vesentlig
Kjemisk analyse spiller en viktig rolle gjennom hele verdikjeden, fra utvinning av råmaterialer til resirkulering. Batterier er komplekse systemer med en svært sensitiv kjemisk sammensetning. Generelt er det sånn at jo renere materialer som er brukt, jo bedre ion-flyt og velfungerende batterier blir resultatet. Det betyr at selv små urenheter kan ha stor betydning for levetiden, ytelsen og sikkerheten til sluttproduktene.
Å påvise og forebygge urenheter er derfor en sentral utfordring i batteriproduksjon. De viktigste råstoffene for batterier – litium, nikkel og kobolt – er ikke hundre prosent rene selv rett etter utvinningen. I utvinnings- og foredlingsprosessen vil ulike metaller og kjemikalier bli tilført. Kobberforurensing eller forurensning med klorid, fluorid eller bromid i elektroder kan oppstå. For å påvise gjenværende urenheter, trenger man svært presise og sensitive analysemetoder.
Analyse er også viktige når batteriene skal resirkuleres. Batteriråstoffene er begrensede naturressurser, som må gjenvinnes for at vi skal kunne fortsette å produsere batterier i fremtiden. Gjenvinning er også avgjørende for å unngå forurensede deponier og sette både helsen og miljøet i fare. Litium er et giftig stoff for nyrene og kan blant annet forårsake åndedrettssvikt og skade på nervesystemet. Uten riktig håndtering av elbilbatteriavfall risikerer vi at mange giftige komponenter lekker ut og forurenser jord, vann og luft.
Å unngå urenheter er like viktig for gjenvinningen som for produksjonen. Stoffer som fosfor, svovel og fluor kan føre til store problemer i gjenvinningsprosessen. Spesielt fluorid kan være et hinder for senere steg i gjenvinningsprosessen på grunn av dets kjemisk aggressive natur og giftighet. Til det trengs en kompleks kombinasjon av analysemetoder.
Spørsmål og svar i ny teknologi
Dette er noen av aspektene som gjør forskningen på bærekraftige og kostnadseffektive energilagringsmetoder så kompleks. Hvilke materialer og stoffer må og kan interagere for å maksimere energitetthet? Hvordan kan vi redusere bruken av stoffer som er skadelige for helse og miljø i litium-ion-batterier? Og hvilke nye utviklinger kan erstatte den konvensjonelle battericellen med flytende elektrolytter?
Forskningsinstitusjoner, batteriprodusenter og bilprodusenter over hele verden strever med disse spørsmålene og finner mulige svar i post-litium-ion-teknologier som faststoff, litium-svovel og natrium-ioner.
Dette innlegget ble først publisert i TU-magasinet, nr. 6/2022
Forsker: Disse batteriteknologiene vil overta markedet
