Detta är en kommentar. Kommentaren ger uttryck för skribentens åsikter
Det råder ingen brist på löften om nya och bättre batterier. Den senaste nyheten är att kinesiska CATL – världens största batteritillverkare för elbilar – hävdar att de är klara att börja tillverka ett batteri som laddar 400 kilometer på 10 minuter. Och som dessutom ger en räckvidd på 700 kilometer på en enda laddning.
Hastighet eller räckvidd?
Det är stora nyheter. För när det gäller litiumjonbatterier har experterna sedan länge konstaterat att hastighet och räckvidd går på bekostnad av varandra. Längre räckvidd – alltså energikapacitet – kräver högre energitäthet i elektroderna, medan snabbare laddning kräver det motsatta. Lägre energitäthet innebär att litiumjonerna möter mindre motstånd på sin väg från anoden (minus) till katoden (plus). Svårigheten är att hitta den perfekta balansen så att man kan köra långa sträckor utan att behöva vänta en evighet på att batteriet ska laddas upp igen.
Det finns flera andra utmaningar med litiumjonbatterier, till exempel överhettning och därmed brandrisk, vilket också leder till utsläpp av giftiga gaser.
LFP
Det finns flera sätt att övervinna brandrisken. LFP, även känt som LiFePO 4 eller litiumjärnfosfatbatterier, är ett av dem. Explosionsrisken är praktiskt taget obefintlig. Det är denna batteriteknik som CATL nu har vidareutvecklat och enligt uppgift har övervunnit utmaningarna med att LFP både har en lägre energidensitet och laddas långsammare vid låga temperaturer än vanliga litiumjonbatterier.
Batteriet är redo för produktion och CATL förväntar sig att massproduktion ska börja redan mot slutet av året.
”Alla väntar på solid state”
Varje gång du läser om nya batterier till bilar står det nästan alltid samma sak. ”Det här är goda nyheter, medan vi väntar på solid state-batterierna”. Många tror nämligen att solid state-tekniken kommer att lösa alla problem. Den kommer aldrig att fatta eld eller överhettas, den kommer att laddas snabbare och lagra mer energi – och den kommer att degraderas MYCKET långsammare. Helt enkelt för att hela batteriet är i fast form, inklusive elektrolyten i mitten (som är flytande i litiumjonbatterier).
En av alla biltillverkare som satsar hårt på solid är Toyota, som hävdar att de kommer att ha sådana batterier klara 2027. Har du hört det förut?
En återvändsgränd?
Biltillverkaren Fisker var en av de första som verkligen satsade stort på att utveckla solid state-batterier för bilar. 2018 gav de upp.
Det är en typ av teknik där du känner att du är 90 procent klar, du är nästan framme, när du upptäcker att de sista 10 procenten är mycket svårare än de första 90,” sa Henrik Fisker till The Verge i februari 2021.
QuantumScape är en annan aktör som var på allas läppar för ett par år sedan och som före årets slut 2021 skulle ha hittat en fabrik i Europa för att tillverka solid state-batterier. De har fortfarande inte tagit sig ut ur labbet, trots att Volkswagen finns med som stor investerare.
Scorpion Capital gjorde en enkät bland tidigare anställda på QuantumScape, och utsikterna verkade inte goda:
Har de löst de problemen som har stått i vägen för solid state-batterier under de senaste 50 åren, vilket är vad de påstår? frågade Shortseller Scorpion Capital en av de tidigare anställda.
– Absolut inte. Så mycket kan jag säga med säkerhet. Svaret på det är absolut inte.
Kommer QuantumScape att ha en produkt i en bil inom de närmaste 10 åren?
– Absolut inte.
Har Toyota lösningen?
I dag är det Toyota som får de flesta rubrikerna och nya genombrott inom batteriteknik nämns numera sällan utan att också lyfta fram Toyotas planer på solid state-batterier i sina fordon senast 2027. Toyota har dock inte visat upp några konkreta bevis för att ett sådant batteri närmar sig produktion.
En av de största utmaningarna med solid state-batterier är att de fungerar bäst i höga temperaturer, typiskt över 45 grader Celsius. Eller rättare sagt, det finns elektrolyter i fasta material med ganska bra egenskaper i rumstemperatur, men de består ofta av komplicerade sammansättningar. Vilket gör batterierna mycket dyra och dessutom svåra att skala upp till något som kan användas till något vettigt.
För att inte tala om svårigheten att få ut batterierna ur laboratoriet och skala upp produktionen till något rimligt.
Detta är en av anledningarna till att Sila Nanotechnologies, som själva satsar på litiumjonbatterier med en hög koncentration av kisel i anoden, tror att solid state-batterier bara kommer att bli en nischprodukt.
Semi-solid state – en bättre lösning
Det finns ett mellanting, nämligen ett hybridbatteri med ”semi-solid state”. Det innebär att elektrolyten mellan anoden och katoden inte är helt fast, men mer tjockflytande än i vanliga litiumjonbatterier. Genom att tillsätta fasta partiklar till den flytande elektrolyten bildas en halvfast blandning som ger bättre kontakt mellan elektroderna (anod och katod) och elektrolyten.
Kinesiska NIO är ett av företagen som är klara med ett sådant batteri, med en kapacitet på 150 kWh och en energidensitet på 360 wattimmar per kilo. Som jämförelse har Teslas senaste 4680-batterier en densitet på mindre än 300 Wh/kg. Det nya NIO-batteriet har samma storlek och form som sina motsvarigheter, så det passar i befintliga NIO-modeller. Och eftersom företaget erbjuder en lösning där man köper bilen men hyr batteriet, är det hur enkelt som helst att byta från de mindre batterierna till det större. Vad det kommer att kosta vet vi dock inte.
Kommer det solid state-batterier överhuvudtaget?
Att Toyota lyckas lansera ett batteri som de lagligt kan kalla för solid state före 2027 kan man inte räkna bort. Men det kommer med all säkerhet att innebära så omfattande genvägar att ingenjörerna knappast kommer att vara överens. Jag skulle kunna satsa ganska mycket på att det kommer att vara ett semi-solid state-batteri. Riktiga solid state-batterier ligger mycket längre fram i tiden. Vi kanske aldrig kommer att få se dem, eftersom andra tekniker har visat sig vara så bra att det är för dyrt att jaga något som kan visa sig vara en återvändsgränd.
Men vad spelar det egentligen för roll? Batterierna blir bättre och säkrare hela tiden, solid state eller inte. Låt oss fira varje gång ett nytt och bättre batteri dyker upp, i stället för att jämföra det med – och låta det överskuggas av – något som kanske aldrig kommer.
(Tack till Carl Erik Lie Foss, forskare vid institutionen för energiteknik, för korrekturläsning och synpunkter)
