Det er ikke mangel på lovnader om nye og bedre batterier, og den siste nyheten er at kinesiske CATL – verdens største batteriprodusent for elbiler – hevder å være produksjonsklare med et batteri som lader 400 km i løpet av 10 minutter. Og som dessuten gir en rekkevidde på 700 km på en enkelt ladning.
Hurtighet eller rekkevidde?
Det er store nyheter. For når det kommer til litium-ion-batterier, er det en kjensgjerning blant eksperter at hurtighet og rekkevidde går på bekostning av hverandre. Lengre rekkevidde – altså energikapasiteten – krever høyere energitetthet i elektrodene, mens hurtigere lading foregår lettere når elektrodene er tynnere, altså har lavere energitetthet. Lavere energitetthet betyr at litium-ionene møter mindre motstand på sin vei fra anoden (minus) til katoden (pluss). Utfordringen er å finne den perfekte balansen, slik at man kan kjøre langt, uten å vente en evighet på at batteriet lader underveis.
Det er flere andre utfordringer med litium-ion-batterier, som overoppheting og dermed brannfare, noe som dessuten fører til utslipp av giftige gasser.
LFP
Det finnes flere måter å overkomme brannfare på. LFP er en av dem, også kjent som LiFePO 4, eller litium-jernfosfat-batterier. Der er eksplosjonsfaren kraftig redusert. Det er denne batteriteknologien CATL nå har videreutviklet, og etter sigende overkommet utfordringene med at LFP både lavere energitetthet. LFP kan også lade men akkurat det kan enkelt fikses med et lag (coating) fosfor eller karbon.
CATL-batteriet er klart for produksjon, og man mener masseproduksjon kan starte allerede sent i år.
«Alle venter på faststoff»
Hver gang du leser om slike nyheter, vil du nesten alltid lese i samme artikkel: «Dette er gode nyheter, mens vi venter på faststoffbatteriene». Mange tror nemlig at faststoff (solid state) vil løse alle problemer. Aldri kan det ta fyr eller overopphete, det vil både lade fortere og holde mer energi – og det vil degraderes MYE saktere. Rett og slett fordi hele batteriet er i fast form, inkludert elektrolytten i midten, som er flytende i litiumion-batterier.
Blant de som satser hardt på faststoff er Toyota, som mener de skal ha slike batterier klare til 2027. Hørt det før?
En blindvei?
Bilprodusent Fisker var blant de første til å virkelig satse hardt på å utvikle faststoffbatterier til bil. I 2018 ga de opp.
Det er en type teknologi hvor du føler du er 90 prosent i mål, du er nesten der, når du finner ut at de siste 10 prosentene er mye vanskeligere enn de første 90,» sa Henrik Fisker til The Verge i februar 2021.
QuantumScape er en annen aktør, som var på alles tunger for et par år siden, som skulle innen årsslutt 2021 ha funnet en fabrikk i Europa til å produsere sine faststoffbatterier. De har fortsatt ikke kommet seg ut av laboratoriet, selv med Volkswagen som den store kapitalinnsprøyteren.
Shortseller Scorpion Capital tok en spørrerunde blant tidligere ansatte i QuantumScape, og utsiktene virket ikke gode:
Har de løst problemene som har stått i veien for faststoffbatteries de siste 50 years, som er hva de hevder? spurte shortseller Scorpion Capital en av de tidligere ansatte om.
– Absolutt ikke. Så mye kan jeg fortelle deg helt sikkert. Svaret på det er absolutt ikke.
Kommer QuantumScape til å ha et produkt i en bil i løpet av de neste 10 årene?
– Absolutt ikke.
Har Toyota løsningen?
I dag er det Toyota som får de fleste overskriftene, og nye batterigjennombrudd blir nå sjeldent nevnt uten at man også drar frem Toyotas planer om faststoffbatterier i sine kjøretøy i løpet av 2027. De har derimot ikke vist noen håndfaste beviser på at et slikt batteri nærmer seg produksjon.
En av de største utfordringene med faststoffbatterier er at de fungerer best under høye temperaturer, typisk over 45 varmegrader. Det vil si, det finnes elektrolytter i faststoff med ganske gode romtemperaturegenskaper, men disse er ofte satt sammen av kompliserte forbindelser. Noe som gjør batteriene både veldig dyre, og dessuten vanskelig å skalere opp til noe som kan brukes til noe fornuftig.
Dette er en av grunnene til at Sila Nanotechnologies, som selv satser på litiumion-batterier med høy konsentrasjon av silisium i anoden, mener faststoffbatterier kun vil være et nisjeprodukt.
Delvis faststoff – en bedre løsning
Det finnes en mellomting, nemlig et hybridbatteri med «delvis faststoff», eller «semi-solid state». Det betyr at elektrolytten imellom anoden og katoden ikke er helt fast, men mer tyktflytende enn i vanlige litiumion-batterier. Ved å tilføre den flytende elektrolytten faste partikler, dannes en halvfast blanding, som gir bedre kontakt mellom elektrodene (anoden og katoden) og elektrolytten.
Kinesiske NIO er blant de som nå er klare med et slikt batteri, med 150 kWh kapasitet og en energitetthet på hele 360 wattimer pr kilo. Til sammenligning har Teslas nyeste 4680-batteriere en tetthet på under 300 Wt/kg. Det nye NIO-batteriet har samme størrelse og formfaktor som sine andre, og passer dermed i eksisterende NIO-modeller. Og siden selskapet tilbyr en løsning hvor du kan kjøpe bilen men leie batteriet, så er det lett som en plett å bytte fra de mindre batteriene til det største. Hva prisen vil bli, vet vi ikke ennå.
Kommer faststoffbatteriene i det hele tatt?
At Toyota klarer å få ut et batteri de lovlig kan kalle faststoff innen 2027, skal du ikke se bort fra. Men enten vil det bli veldig dyrt, på grunn av nevnte problematikk med skalering, eller – og det er dette jeg vedder på – vi vil se at batteriet i virkeligheten er et semi-faststoffbatteri.
Men hva så, egentlig? Batteriene blir stadig bedre og tryggere, faststoff eller ikke. La oss feire det hver gang et nytt og bedre batteri kommer, fremfor å sammenligne det med – og stille det i skyggen av – noe som kanskje aldri vil nå massene likevel.
(Takk til Carl Erik Lie Foss, forsker hos Institutt for energiteknikk, for faktasjekk)