– Batterier kommer att få en nyckelroll i våra framtida samhällen. Vi kan inte bygga fler och fler högspänningsledningar och ha ett myller av kablar överallt. Istället behöver elen i allt högre grad konsumeras där den tillverkas. Då krävs bra, miljövänliga batterier för storskalig energilagring, säger Greger Ledung, sakkunnig i batteriforskning vid Energimyndigheten.
Han tillägger att vårt nuvarande system för elförsörjning är uppbyggt kring stora, centrala enheter, kraftverk som levererar el via kablar över hela landet. Om det exempelvis blir brott på en högspänningsledning som löper från nord till syd är det katastrof. Ett system med många mindre enheter, tillsammans med ett energilager, är hållbart på ett annat sätt. Det skapar flexibilitet. Därför tror Greger Ledung att marknaden för storskalig lagring av energi i batterier kommer att explodera.
Satsar på storskaligt
Energi kan lagras på många sätt –i uppdämda vattendrag, i komprimerad tryckluft, i vätgas och med flera andra tekniker –men storskalig lagring i batterier är idag en av de hetaste möjligheterna.
Northvolt bygger nu flera fabriker där litiumjonbatterier ska tillverkas, bland annat för storskalig energilagring.
–De kan användas till exempel i ett bussgarage när många elbussar ska laddas samtidigt och elnätet för tillfället inte har tillräcklig kapacitet. De kan installeras vid ett sjukhus som backup vid strömavbrott, säger Fredrik Lundström, forskningshandläggare inom elsystem vid Energimyndigheten.
Febril forskning
Litiumjonbatteriet lanserades i Japan 1991 och används idag över hela världen i exempelvis bärbara datorer, mobiler och elbilar. Det har lång livslängd och hög energitäthet, vilket betyder att det kan lagra mycket energi per vikt och volym. Men det har också nackdelar, det kan börja brinna och innehåller ibland kritiska metaller som exempelvis kobolt.
Därför pågår febril forskning och utveckling av nya batterityper som bygger på mer miljövänliga och i naturen vanligare material. Batteriernas livslängd måste öka för att deras ekonomi ska bli mer attraktiv. Såväl batterier som vindkraftverk och solceller har än så länge relativt kort livslängd jämfört med kraftverk som bygger på fossila råvaror eller kärnkraft. Här spelar fordonsindustrin en viktig roll som pådrivare av utvecklingen. Batteriernas kapacitet har förbättrats avsevärt de senaste tio åren och storskalig produktion kommer att sänka tillverkningskostnaderna ännu mer efterhand. Men även andra faktorer påverkar kostnaderna.
–Energilagring i batterier passar inte in i den nuvarande modellen med en avreglerad elmarknad och ett reglerat elnät. Modellen medför bland annat att el som lagras i batterier riskerar att dubbelbeskattas på vägen till brukaren. Vi behöver en modell som gynnar storskalig energilagringsteknik, säger Fredrik Lundström.
Hur ser läget ut i Europa när det gäller utveckling och produktion av batterier?
–Europa ligger långt efter Asien. I såväl Japan som Kina och Sydkorea finns stor kapacitet när det gäller forskning, utveckling och produktion av batterier, säger Greger Ledung.
Villkor för klimatomställning
Greger Ledung påpekar att Europas ambitiösa mål när det gäller klimatomställningen och planerna på den nödvändiga elektrifieringen av samhällena inte går ihop utan batterier. Inom EU pågår mycket forskning och många initiativ kring batterier –Sverige hör till de ledande länderna – men för tillfället finns nästan ingen produktion i vår del av världen. Det betyder i sin tur att vi saknar kompetens och en kader av kunnigt yrkesfolk, säger han.
Hur lång tid brukar det ta att utveckla en ny batteriteknik och få ut det på marknaden?
–Jag skulle bli förvånad om det går snabbare än tio år. Ofta brukar tidsåtgången underskattas. Man får nog räkna med 15 år.
Organiska batterier duger troligen inte för elbilar eller datorer. Men för energilagring kan de bli mycket intressanta. Flera forskningsprojekt pågår i Sverige.
I Uppsala i Sverige arbetar en forskargrupp på vad de kallar ett helorganiskt protonbatteri.
–Det är ett miljövänligt batteri som ska klara hållbar energilagring. Det aktiva materialet består av polymerer (kolväteföreningar) medan elektrolyten är en sur vattenlösning (vatten och svavelsyra) – alltså i naturen vanligt förekommande material, säger Christian Strietzel, forskare på Ångströmslaboratoriet vid Uppsala universitet.
Batteriet har en rad fördelaktiga egenskaper. Laddningen sker sekundsnabbt utan laddningselektronik och batteriet är inte känsligt för låga temperaturer, vilket de flesta batterityper annars är. Det finns heller ingen risk för explosion eller brand, som med litiumjonbatterier.
–I nuvarande stadium klarar protonbatteriet inte att laddas upp och ur mer än drygt 500 gånger, men vi jobbar på att öka prestandan.
Batteriet lämpar sig inte för elfordon eller datorer, det har inte samma energitäthet som litiumjonbatterier. Däremot kan det fungera utmärkt som hushållsbatteri.
Vilken är den största svårigheten i utvecklingsarbetet?
–Att göra det billigt! I teorin är det billigt eftersom kostnaden för grundämnena är låg. Men när man skalar upp batteriets storlek från labbnivå kan problem tillstöta som gör det dyrare, säger Strietzel.
Kan sänka kostnader
En faktor som kan hålla kostnaden nere är att battericellerna trycks. Genom att använda pappersmaskiner och tryckpressar som arbetar i hög hastighet kan tillverkningsprocessen bli mer rationell och battericellerna buntas ihop parallellt eller seriellt.
Greger Ledung, sakkunnig i batteriforskning vid Energimyndigheten, säger att organiska batterier är en bland många lovande tekniker, men än så länge kommersiellt oprövade.
–Till fördelarna med protonbatteriet hör de lättillgängliga, billiga materialen, den höga säkerheten och att det finns en potential för låga kostnader. Men risken när protonbatteriet skalas upp är att energiinnehållet blir så lågt att systemet kostar mer än vad batteriet ger. Det finns dessutom problem kvar att lösa kring spontan självurladdning.
”Bättre laddningsbärare”
På Chalmers i Göteborg jobbar man också med organiska batterier. I ett projekt används aluminium.
–Än så länge är aluminiumbatteriet knappt hälften så energitätt som litiumjonbatteriet, men vårt långsiktiga mål är att det ska bli lika energitätt. Även om det återstår arbete med både elektrolyten och en bättre mekanism för uppladdning är aluminium i grunden en betydligt bättre laddningsbärare än litium, säger Patrik Johansson, professor i fysik på Chalmers.
