Batterier i framtida?

Batterier er et stort og komplisert tema, og det kan være vanskelig å få oversikt over kjemien, økonomien, forskningen, aktørene og miljøaspektene i batteribransjen. Det er spennende å vite mer om hva vi kan forvente oss i årene framover med tanke på elbiler og batterier, og av den grunnen var jeg tidligere denne måneden på Advanced Automotive Battery Conference i Atlanta. Temaene der gikk både på økonomiske prognoser for framtida, ny teknologi, og hva aktørene nå gjør. Veldig kort oppsummert kan man si at bilbransjen vil bli veldig viktig i batterimarkedet i årene som kommer, gjennom ulike hybridbiler, ladbare hybridbiler og rene elbiler. Prisene på batterier vil gå ned, og de vil bli bedre, men vi kommer ikke til å se grunnleggende ny batteriteknologi i biler de neste 10 årene. Til det tar det for lang tid å kommersialisere det som nå er på testbenken.

Prisutvikling

I følge Avicenne, som gjør dyptgående studier av batteribransjen, og har mye kunnskap om bilbransjen, er prisene på battericeller, og batteripakker på vei nedover. De mener at i 2011 kostet battericeller drøyt 350 USD/kWh, mens den i 2015 vil koste 270 og i 2020 190. På batteripakkenivå er tilsvarende tall for 2011, 2015, og 2020 hhv. 600, 420 og 260 USD/kWh. Det betyr at en batteripakke på størrelse med Leafs i 2011 kostet ca. 600 USD * 24 kWh eller ca. 90 000 NOK, vil denne prisen være 38000 NOK. Vi ser at prisen på batteripakken går ned mer enn på cellene. Det er fordi man forventer at kostnadsreduksjonen mest dreier seg om smartere og mer effektiv pakking av celler og batteripakker, men at prisnedgang på materialkost ikke går ned, annet enn at man kanskje bruker materialene mer effektivt.

Ny teknologi

I dagens ulike litium-ion-batterier, er fellesnevneren at det er lithium-ioner som beveger seg intern i batteriet for å drive negativt ladde elektroner i kretsen utenfor batteriet. Mye utvikling dreier seg om å endre på materialsammensetningen i katoden, og anoden i batteriet, de to komponentene hvor strømmen går ut og inn i batteriet gjennom. For eksempel kan disse i et mobiltelefonbatteri bestå av litium-koboltoksid, og grafitt. I en del batterier for elbiler består disse av litium-nikkel-mangan-kobolt-oksid og grafitt. Poenget med det er først og fremst å skape et tryggere batteri, og som samtidig tåler flere oppladninger, men prisen er at batteriet kan lagre litt mindre energi per kg i forhold til litium-koboltoksid. Ulike batteriprodusenter og bilprodusenter har tatt noen ulike valg, eller ulike kompromiss for å lage bilen slik de ønsker det.

Flere jobber med teknologi for å forbedre paramenterne til batteriene. Typisk bruker man såkalte spider-charts, for å vise hvordan et batteri presterer. Under ser vi et slikt diagram for nikkel-mangan-koboltoksid (NMC).

Litium-svovel

Et mål må være å lage et bedre batteri, som har høyere spesifikk energi (Wh/kg) og som er billigere, og tryggere. Å gjøre batteriet billigere kan man gjøre med å bytte ut katoden med de dyre og miljøutfordrende materialene nikkel, og kobolt i tillegg til mangan. Man kan bruke svovel i stedet, som er forholdsvis enkelt å håndtere, og kostnadsmessig er en en brøkdel (0,2 %) av prisen på NMC-katoden. Utfordringer med svovel har vært at batteriene typisk har hatt svært liten spesifikk energi, og tåler nokså få ladesykluser. Selskapet Polyplus mener de har løsninger som løser disse utfordringene, og at det er verdt å gå videre med denne teknologien.

Litium-luft

Mange ser også på mulighetene for å lage batterier basert på oksidering av metaller, med oksygen fra lufta omkring. Firmaet Phinergy ser for seg at man kunne ha hatt to batterier i bilen. Et mindre, vanlig li-ion-batteri, som lar deg kjøre de daglige småturene med batteristrøm, og et annet, litium-luftbatteri, som lar deg kjøre langt, kanskje 2000 km med et ikke-ladbart aluminiumsbatteri. Hvis man kjører alle de daglige turene med et ladbart batteri, tenker Phinergy, kan man klare seg med å bytte aluminiumsbatteriet 1-2 ganger i året, kanskje hos bilforhandleren. Batteriet lar seg nokså enkelt resirkulere, eller «lades» opp, ved at aluminiumen gjennomgår en lignende prosess som man i dag gjør i foredlingen av råstoff i aluminiumsindustrien. Dette kan høre litt merkelig ut, men det er mulig at bilindustrien kan være interessert i å holde en større del av næringskjeden internt. Ellers er elbiler vanligvis assosiert med lavere inntekt over bilens levetid, all den tid elbiler har mindre vedlikehold (oljeskift, registerreim etc.).

Krasj-sikre batterier

Elbiler er i dag sikre. Man velger batterikjemier som er tryggest mulig, og man pakker battericellene i moduler som igjen settes i rigide batteripakker beskyttet inne i bilen. Likevel, dersom man kunne lage batterier som tålte en krasj, og til og med kunne ta imot støtet i en kollisjon, kunne vi laget biler delvis av batterier, i stedet for med batterier. Batteriene kunne vært noe av konstruksjonen som tar av for kollisjonsstøtet. På den måten kunne vi ha redusert vekten på bilen, eller brukt billigere batterier med lavere energitetthet, i stedet for at all innpakkingen av batteriet i dag fører til tyngre biler. Slik forskning blir støttet av Arpa E.

Mye spennende. Her er det mulig at vi i framtida vil få se flere typer batterier, og kanskje flere løsninger som er basert på ulike typer batterier i bilen. Likevel er det viktigste i de nærmeste årene det som skjer innen effektivisering og prisreduksjon på allerede utprøvd teknologi. Det er det som skal bringe elbiler og ladbare hybridbiler ut til flere kunder, til en pris som er nærmere dagens fossile biler.