Titanoksid-batterier

Dette materialet skal gi batterier som kan lades svært raskt, og ha lang levetid

Det norskutviklede anodematerialet kan gi billigere titanoksid-batterier.

Anders Teigland i TioTech forklarer hva anodematerialet gjør mulig.

Det norskutviklede anodematerialet kan gi billigere titanoksid-batterier.

Hei, dette er en Ekstra-sak som noen har delt med deg.
Lyst til å lese mer? Få fri tilgang for kun 235,- i måneden.
Bli Ekstra-abonnent »

Bergensbedriften TioTech står klare til å levere teknologi som skal gjøre batterier mulig å lade raskere, og gi lengre levetid. 

Selve grunnmolekylet i bedriften er, som navnet antyder, titanoksid. Dette er et materiale de har jobbet med i en årrekke. Først som tilsetning i maling og impregneringer som renser luften, og nå som anodemateriale til batterier som skal lades raskt og hyppig.

Dette skal ikke inn i elbiler nødvendigvis. TioTech ser for seg at anodematerialet deres er bedre egnet til andre applikasjoner, hvor det ikke er så nøye om batteriet ikke har så mye strøm så lenge det kan lades raskt.

Kan lades raskt

I dag er mye av litiumionteknologien drevet av behovet for å ha høy energitetthet og lav pris. Det er viktig i for eksempel smarttelefoner og elbiler. På andre områder er det viktigere at batteriet kan lades raskt, og at det ikke tar skade av det.

Les også

Dette kan være roboter i en fabrikk, eller busser som lades underveis på ruten. 

Celler laget med TioTechs teknologi vil ha flere fordeler. SINTEF har testet materialet, og kommet til at det muliggjør lading til 80 prosent på seks minutter, og at det er spesielt godt egnet i lave temperaturer. I 20 kuldegrader er det mulig å lade raskt til 70 prosent kapasitet.

Anodematerialet kalles TitanB, og TioTech ser for seg å levere det til produsenter av litiumionceller. De regner med at det vil ta to år å utvikle produksjonsprosessen, og å oppskalere den til industriell produksjon. 

De ønsker at TitanB skal produseres i Norge, og helst på Vestlandet. 

Tryggere anode

Anodematerialet har fellestrekk med eksisterende LTO-teknologi (litium-titanoksid). Det erstatter grafitt i anoden, ved at titanoksidet danner en gitterstruktur som holder på litiumatomene. En fordel med dette er at det ikke dannes såkalt SEI-lag (solid electrolyte interface) på anoden. Når en karbonanode utsettes for elektrolytt dannes det et SEI-lag, hvor noe litium forbrukes. 

Sykler man cellen med for høy effekt, kan det oppstå sprekker i karbonanoden. Da vil det dannes SEI-lag på delene av anoden som nå får direkte kontakt med elektrolytten. 

En annen fordel med LTO er at litium ikke pletterer – felles ut – under opplading med høy effekt. For anoder av grafitt skjer dette særlig i lave temperaturer. I praksis klarer ikke litiumet å trenge inn i anodestrukturen, og avsettes derfor på overflaten.

I verste fall kan litiumet danne krystallstrukturer som vokser utover, såkalte dendritter. Vokser det ukontrollert kan det trenge gjennom separatoren mellom anode og katode, og skape kortslutning. Det er derfor en sikkerhetsrisiko.

I tillegg er LTO-anoder mer stabile under høye temperaturer. 

En annen fordel med anodematerialet er at det har en lengre forventet levetid enn de mest utbredte batterikjemiene i markedet.  

Katodematerialet kan være for eksempel litium-manganoksid eller nikkel-manganoksid.

(F.v.:) Anders Teigland, Hjørdis Skår og Marthe Emelie M. Buan i TioTech.
(F.v.:) Anders Teigland, Hjørdis Skår og TioTech-forsker Marthe Emelie M. Buan i TioTech. Foto: Marius Valle

Har lang levetid

Energitettheten for TitanB er lavere enn i de beste litiumionkjemiene, men samtidig kan batterier med TioTechs materiale lades raskere, og har lengre levetid. Ved lading med høy effekt (høy C-verdi) holder det 2000 sykler. Ved normallading er levetiden opptil 20.000 sykler.

Til forskjell fra LTO-anoder, benyttes ikke litiumkarbonat i TitanB. Det er den dyreste komponenten i anodematerialet. 

Men billig blir det ikke nødvendigvis. Fordelene batterier med denne teknologien har vil det likevel være vilje til å betale for, mener Anders Teigland, CEO i TioTech.

Les også

– Verdiproposisjonen for batterier i dag er drevet av å få så mye energi som mulig til så lav kostnad som mulig. Det er viktig i portabel elektronikk og i elbiler. Men skal en elektrifisere andre deler av samfunnet med batterier må man ha en viss robusthet, sier Teigland.

Han mener at litiumionteknologien er sikker i dag, men at det finnes en del nisjer hvor den ikke egner seg. For eksempel på en operasjonsstue, hvor man må være mer enn 99,9 prosent sikker på at strømmen ikke går.

Slike nisjer tror han er villige til å betale ekstra for deres teknologi. Levetiden vil blant annet gjøre denne teknologien høyaktuell for stasjonær energilagring hvor det er totalkostnaden som teller. Lang levetid vil ta den kostnaden ned.

Kutter prisen opp til 40 prosent sammenlignet med LTO

– I dag er LTO rundt dobbelt så dyrt. I all hovedsak handler det om at energitettheten er lavere. Vi regner med å kunne kutte prisen på en celle med 30 til 40 prosent, sier Teigland.

Altså tror de teknologien vil være godt egnet til enkelte bruksområder, som for eksempel busser som lades raskt underveis, fabrikkroboter som kan stanse i noen minutter for å lades i fem minutter, eller i kjøretøyer med hydrogenbrenselceller.

TioTech er i en tidlig fase, men materialets struktur er patentbeskyttet. Det kommer fra selskapets arbeid med fotokatalyse. Dette startet i 2005, da TioTech, den gang kalt Joma, ble grunnlagt for å utvikler prosesser for å lage nanomaterialer.

Ideen var å lage maling og overflatebehandling som eliminerte nitrogenoksider for å rense luften. Betongprodusenter ville ha produkter med aktiv overflate, og arbeidet førte til at det ble utviklet en produktportefølje med produkter som hadde slik egenskap.

Senere ble de kontaktet av et selskap som hadde kjøpt patenter på å lage titanoksid til batterier. 

– Vi skjønte at vi hadde en mulighet til å bruke prosessen vår, og jobbet videre med å tilpasse vår prosess til å lage batterimaterialer, sier dr. Hjørdis Skår, prosjektleder for produktutvikling i TioTech.

Kan gå rett i produksjon

Og foreløpig ser det ifølge Skår ut til at deres materiale kan gå rett inn i batteriproduksjon. I dag er
materialproduksjonen på laboratorieskala. Oppskalering kan være utfordrende, ettersom man ikke
kan være sikker på at det dukker opp problemer.  

Det tar også tid å verifisere produktet, men TioTech mener de skiller seg ut fra andre aktører ved at de tilpasser en allerede skalert prosess.

Målet er å være klar for markedet på kort tid, med et bevist skalerbart produkt. Det må til for å få
interesse fra batteriprodusentene, mener Skår.

Hun mener at batteriproduksjon ikke trenger en revolusjon. Det trengs ikke faststoffbatterier for å
løse utfordringene, og uansett vil det være behov for litium-ionbatterier i mange år fremover.

Det er for eksempel mye snakk om utvikling av faststoffbatterier, og at dette skal revolusjonere særlig elbilene. Men det er ikke sikkert at disse batteriene vil ha egenskaper som trengs på andre områder.

Selv om målet på lang sikt er produksjon i eget anlegg, sier Teigland at TioTech har god erfaring med å leie produksjonsutstyr, noe som gir fleksibilitet i den tidlige fasen av produksjon.

I dag har TioTech produksjon ved et anlegg i Israel, som kan produsere 1600 liter per batch, eller 100 tonn i året dersom produksjonen er døgnkontinuerlig. 

TioTech har i dag 28 eiere. 22 av disse er enkeltinvestorer, og tre av disse sitter i styret.

Bilder fra laboratoriet til TioTech i Bergen.
Dr. Marthe Emelie M. Buan i TioTechs laboratorium. Foto: Marius Valle
Les også

Kommentarer (0)

Kommentarer (0)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå