Vad är batterier gjort av används

De första fasta elektrolytbatterierna finns redan på marknaden, och några av de stora biltillverkarna investerar i denna teknik.

Det finns emellertid nackdelar. Vad är då nästa steg? Det finns en hel del nya typer av batterier runt hörnet, av vilka några har stött på bärare i flera år. Ett exempel är de lätta och kraftfulla så kallade litium-eterbatterierna, där mängden lagrad energi kan ökas 5-10 gånger jämfört med dagens bästa batterier. Men trots många års utveckling är de fortfarande på forskningsstadiet.

Enligt Kristina Edström, som inte tror att litium-eterbatterier är så reaktiva att de ser ut som små bomber, som inte tror att litium-luftbatterier kommer att sitta i elfordon inom överskådlig framtid. Å andra sidan finns det andra lovande battericentraler som enligt hennes åsikt kan lämna ett laboratorium som kommer att tas i produktion inom en tioårsperiod. Ett exempel är batterier där litium ersätts med billigare metalliskt magnesium.

Ett annat exempel är litiumbatterier med svavelkatod, som kan vara billigare och få en högre energitäthet än dagens litium-litiumbatterier. Kanske borde vi använda litiumjon för att elektrifiera flottan och andra batterier i stor skala. Tillgången på råvaror diskuteras också mer och mer. Litium har extraherats på bara några få ställen idag, och kobolt är ett så kallat konfliktämne som bryts ner under svåra förhållanden.

Om elbilar bryter igenom på allvar behövs enorma summor. Ett lovande sätt är att ersätta litium med natrium, vilket är ett av de vanligaste elementen på jorden. I ett industriområde några kilometer från Uppsala universitet sitter batteriforskaren Tim Nord i ett attraktionsskåp och häller svart kolpulver i en cylindrisk behållare.

Tillsammans med tre kollegor grundade han ett företag för att utveckla ett billigt och miljövänligt natriumbatteri. Han testar nu ett nytt recept på anodmaterialet, där huvudingrediensen är kol blandat med lösningsmedel och ett bindemedel. Det är mest som svart soppa. När blandningen har fått rätt konsistens häller han den i en lång maskin som ligger i ett rum.

I den andra änden levereras anoden så småningom i form av aluminiumfolie med en tunn svart beläggning. Testerna genomförs på Sveriges enda pilotfabrik för batterier, som lanserades och sköts av Professor Josh Thomas, som har forskat på batterier i över 30 år. Han säger att det är lätt att underskatta den tid det tar att övergå från ett labb till en färdig produkt.

Varje steg i processen måste trimmas, från blandningen av anod-och katodmaterial till battericellerna som kommer att nedsänkas i elektrolyten. Då ska produktionen städas upp och cellerna packas i större enheter som till exempel kan sitta i en bil. På högskolan funderar Kristina Edström på hur batterier kan utvecklas, inte bara bli bättre utan också smartare.

Enligt henne, med hjälp av sådana sensorer, kan batteriet själv prata när det finns någon tråd. Ett av problemen är att få sensorerna att överföra sina mätdata från batteriet. Om batterier ska vara smarta måste all data också samlas in och analyseras. Som inom många andra forskningsområden har batteriforskare också börjat använda maskininlärning.

Det är en gren inom artificiell intelligens där en dator används för att delta i mönsterigenkänning och egendomsprognos. Enligt Kristina Edström är det ett viktigt verktyg för att förstå Kemi baserat på allt mer avancerade experiment. Kraftfulla datorer används nu också för att hitta lovande nya batterimaterial. Där kan jag sätta mig ner och fundera på vem som kan sitta i framtidens batterier, säger hon.

EU vill satsa på batteriforskning, så här är det tänkt hur den nya batterifabriken i Skellefteå X ska se ut. Sverige kan ligga till grund för kommande mångfacetterade satsningar på batteriforskning. Ett konsortium av ett antal ledande universitet och forskningsinstitut arbetar för att få ett stort tioårigt EU-program inom batteriforskning. Målet är att utveckla nya innovativa batterilösningar som kan ta sig in på marknaden efter att flaggskeppet för grafen leds av Chalmers Tekniska Högskola i Göteborg med motsvarande 10 miljarder kronor under 10 år.

Europeiska kommissionen står för hälften, medan den andra hälften kommer från medlemsstaterna. Enligt Europeiska kommissionen är batteriet en nyckelkomponent i framtiden för elfordon och är oroad över att Europa har glidit efter Kina, Japan och Sydkorea, som står för mer vad är batterier gjort av används 90 procent av litiumjonbatteriproduktionen. En av de planerade fabrikerna ligger i Skellefteå JJ.

Bakom batterifabriken står det svenska företaget Northvolt, som fått cirka en halv miljard kronor i lån från Europeiska investeringsbanken för en demonstrationsanläggning i Vestester, där teknik för en storskalig fabrik ska utvecklas. En kaotisk kemisk fabrik. Dagens batterier är många gånger så kraftfulla för en bråkdel av priset. Batteritätningen har en positiv och negativ pol, även kallad katod och anod.Den negativa polen, anoden, består av en tunn kopparfolie belagd med grafit.

Den positiva katoden består av en tunn aluminiumfolie belagd med komplexa litiumföreningar. Det finns en isolator mellan dem, vanligtvis papper, som håller dem i facket - polerna ska aldrig komma i kontakt med varandra. Isolatorn absorberas i en så kallad elektrolyt bestående av en litiumsaltlösning. När batteriet laddas rör sig de positiva litiumjonerna från pluspolen genom elektrolyten till minuspolen, där de kombineras med kolgrafitatomer.

När batteriet sedan laddas ur återgår den positiva litiumjonen till pluspolen. Samtidigt släpps en elektron som lämnar batteriet genom de anslutna rören och skapar en elektrisk ström som elbilmotorn behöver. Genom att gå litiumjoner fram och tillbaka mellan batteristolparna får du ett uppladdningsbart batteri som kan laddas och laddas ur om och om igen. Det finns ingen kobolt i dem.

Alla dessa kemikalier har olika fördelar och nackdelar. Till exempel anses LiFePO-batterier i allmänhet vara säkrare, men ger inte samma energitäthet; batterier kan inte lagra så mycket laddning. NCA-batterier har den högsta energitätheten och innehåller mindre kobolt, men anses vara mindre stabila än NMC-batterier. Den negativa elektroden består av grafit med kisel. Den grafit som används är vanligtvis konstgjord för att erhålla tillräcklig renhet i materialet.

Ju mer kisel du blandar i grafit, desto mer energi kan batteriet lagra, men ju mer det sväller vid laddning. Nästan alla elbilar använder idag flytande elektrolyt: Isolatorn mellan elektroderna är ett tunt pappersblad impregnerat med litiumsalt upplöst i organiska kolföreningar. Problemet med denna design är att om batteriet värms upp, avdunstar elektrolyten och papperet kan ta eld.

Därför experimenterar han med fasta elektrolyter, de så kallade fasta tillstånden, där elektrolyten till exempel är keram. Fördelen med sådana batterier är en högre energitäthet, de tål en starkare laddningsström och är mycket vad är batterier gjort av används och säkrare - men de är extremt svåra att producera. De flesta tror att de går in på marknaden kring drönare, med hjälp av en variant av litiumjonbatterier med en jellyliknande polymerelektrolyt som delar många av fördelarna med solid state-batterier, men är lättare att tillverka.

De är dock dyrare än konventionella flytande elektrolytbatterier, så de är fortfarande ganska sällsynta. Hyundai Ioniq var en av de första elbilarna som använde polymerbatterier. Folierna som utgör batteristolparna och isolatorn mellan dem är antingen vakuumförseglade i en cell eller rullade in i ett cylindriskt batteri. Batteriet i din mobiltelefon består av en lägenhet på AA-cellbatterier, består av samma tjocka folie och fylls istället i en rund aluminiumcylinder.

Batteriet i de flesta elfordon innehåller flera hundra moduler med prismatiska batterier, en fyrkantig låda ungefär lika stor som en ficktjuv som innehåller tre eller flera celler. Tesla valde en annan väg, istället använder de tusentals mindre cylindriska battericeller. Fördelen med detta är att aluminiumcylindern kramar batteritätningen och ger mekanisk lag. Cellerna kan inte expandera lika mycket vid laddning, trots det högre kiselinnehållet i anoderna, och kylvätskan som cirkulerar mellan dem kan bättre ta bort värmen som uppstår under laddning och urladdning.