Om de lykkes, kan vi få billige batterier med høy ytelse

Norske TioTech samarbeider med Morrow om et alternativ til LFP-batterier.

Om de lykkes, kan vi få billige batterier med høy ytelse
Hjørdis Skår og Anders Teigland i TioTech håper at deres titandioksid-nanomateriale skal brukes som anodemateriale i fremtidige batterier. Marius Valle

Titandioksid kan bli en viktig bestanddel i noen av fremtidens batterier. Det er i alle fall en fremtid norske Tiotech satser på.

De har utviklet et anodemateriale de kaller TitanB, bestående av nanopartikler av titandioksid. Det gir en karbonfri anode hvor litium ikke kan plettere, altså felles og bli utilgjengelig i cellen. Det gir celler med høy ytelse og lang levetid.

Nå har bedriften tatt flere steg i det tekniske løpet, og kommet dit at de kan samarbeide med mulige kunder som kan ta i bruk materialet i batterier. De har kommet til et stadium hvor de kan bygge fabrikk for fullskalaproduksjon av TitanB.

Da kan de levere hundrevis av kilo til kunder, mot noen hundre gram tidligere.

Utvikler sammen med Morrow

TioTech har gått sammen med Morrow om et utviklingsprosjekt som kan komme til å gi et titandioksidbasert alternativ til billig LFP-celleteknologi.

– Det er foreløpig et utviklingsprosjekt med mål om å utvikle en ny celle med deres katode og vårt anodemateriale, sier Anders Teigland, administrerende direktør i TioTech.

Han forklarer at Morrows katode har gode effektegenskaper som passer godt til egenskapene til TioTechs anode. Om utviklingen går som man håper kan det resultere i et batteri bygget på nordisk teknologi. 

Les også

Teigland ser for seg at teknologien kan egne seg godt til for eksempel robottaxier og biler med lav inngangspris. Det kan også gi et bedre klimaregnskap for batteriene. Mens LFP-batterier i all hovedsak produseres i Kina, kan hele verdikjeden til titandioksidbaserte batterier befinne seg i Europa.

– Europeisk batteriproduksjon er i større eller mindre grad avhengig av Kina. Du kan prøve å komme deg unna deg, men det er ekstremt vanskelig. Vi har en kjempefordel i og med at råmaterialet vårt blir laget i stor skala i Norge. Råvaretilgangen er ikke begrenset, og i markedene vi ser på, så bruker vi 0,03 prosent av verdens titandioksidproduksjon, sier Teigland.

Det er likevel ikke noen sikker sak at en titandioksidbasert cellekjemi for elbiler basert på TioTechs teknologi vil bli en realitet. For hva som egentlig foregår hos de store batteriprodusentene er det ingen som vet.

– De kan ha mye forskning og utvikling som har kommet langt, og som de ikke har sagt noe som, sier Teigland.

Bilder fra laboratoriet til TioTech i Bergen.
TioTechs titanoksid som anodemateriale i batterier. har en unik struktur som gjør at den egner seg til bruk Foto: Marius Valle

Kan gi LFP-konkurrent

Ulempen med celler med titandioksidanode er at de ikke har særlig høy energitetthet. Det gjør at de i utgangspunktet ikke er særlig godt egnet til for eksempel elbiler. Men de kan komme til å dukke opp der også, som en konkurrent til LFP.

LFP er kort sagt en cellekjemi hvor katoden består av litium, jern og fosfat, og anoden grafitt. Kjemien er helt fri for kobolt og nikkel. Det gir også lavere energitetthet enn cellekjemier med kobolt og nikkel, men lavere pris og nye måter å konstruere batterier gjør det til et rimelig godt alternativ, særlig for biler i lavere prisklasser.

Jon Fold von Bülow, forskningsleder ved Morrow Batteries, ser ikke bort fra at utviklingssamarbeidet kan munne ut i et titandioksid-basert alternativ til grafitt-LFP-batterier som inneholder titandioksid. TioTechs anodemateriale er et av flere de undersøker til sine batterier med LMNO-katode. Han mener TioTech har en god prosess og et spennende materiale som de ønsker å teste i sin teknologipakke.

Forsknings- og utviklingsleder Jon Fold von Bülow i Morrow Batteries.
Forsknings- og utviklingsleder Jon Fold von Bülow i Morrow Batteries. Foto: Morrow Batteries

Det er mange grunner til å gå for titandioksid som anode.

– Titandioksid har et høyre spenningspotensial enn grafitt. Det fine med TioTechs materiale er at det er veldig billig, men det er ikke skalert enda, sier han.

von Bülow ønsker ikke å kommentere TioTechs prosess, men tross lave kostnadene sammenlignet med andre cellekjemier, antar han at sluttresultatet blir celler med noe høyere pris enn LFP-baserte celler. Det fordi en hel forsyningskjede må etableres. 

Samme kapasitet, mye raskere lading

Titandioksid-LMNO-celler vil ha omtrent samme kapasitet som LFP, men har potensial for mye raskere opplading. Det tror von Bülow det finnes betalingsvilje for i markedet.

Dessuten vil slike celler ha lengre levetid. Mens et typisk LFP-batteri har en levetid på rundt 2–3000 ladesykluser, regner han med omtrent 10.000 ladesykluser for et TiO2-LMNO-batteri.

En annen fordel sammenlignet med LFP er at elektrolytten kan lages med løsemidler som ikke fryser så lett. Mens LFP-baserte celler gjerne er avhengig av avansert temperaturkontroll, kan TiO2-LMNO-celler fungere i temperaturer ned til 40 kuldegrader uten å miste spesielt mye kapasitet. Det kan være en stor fordel for de som ønsker å selge for eksempel elbiler i nordisk klima.

Det er for øvrig andre cellekjemier som bruker titandioksid. LTO (litium-titanat) er et eksempel, men er vanskeligere å arbeide med, forklarer von Bülow. I tillegg har han en aversjon mot å tilsette litium i anoden som et inaktivt materiale.

– Litium er dyrt, og problematisk å få tak i. Da skal det ikke ligge og kokkelere i anoden, sier von Bülow.

Vil etablere norsk fabrikk

Les også

I dag produseres TioTechs anodemateriale hos en partner i Israel. Målet er å ta produksjonen hjem til Norge. De ser nå på mulighet for å starte en fabrikk her.

Det første steget er utvide aktiviteten. TioTech har nylig flyttet inn i større lokaler på Midtun i Bergen, hvor de ønsker å få på plass produksjon på pilotskala, og å drive forskning og utvikling.

I tillegg er de på sonderingsstadiet for etablering av en fabrikk. De har konkrete tomter på blokka, og jobber med konsepter og mulighetsstudier. Planene skal konkretiseres i løpet av året.

På lengre sikt ønsker TioTech å produsere minimum 20.000 tonn av anodematerialet sitt innen 2030. Det skal være nok til å produsere 10 gigawattimer TitanB-baserte batterier i året, et estimat Teigland omtaler som konservativt.

Hovedstrategien er produksjon ved én eller noen få lokasjoner i Norge eller i EU.

Den produksjonen kan også fordeles over flere filialer slik at produksjonen kan foregå nær batteriprodusenter som skal bruke produktet.

Det største markedet er Asia, og det er også det vanskeligste markedet å komme inn på, ifølge Teigland. I stedet for å sende produktet sitt med skip fra Europa, ønsker de å bygge mindre produksjonsenheter i samarbeid med materialprodusenter. 

I Bergen fortsetter de med forskning og utvikling, og investerer i utstyr her. Hovedkvarteret skal bygge kompetanse på materiell, produksjon og automatisering. Målet er ikke å bli et batteriselskap, men å være et materialselskap. 

Hjørdis Skår og Anders Teigland i TioTech håper at deres titandioksid-nanomateriale skal brukes som anodemateriale i fremtidige batterier.
Titandioksidbatterier vil ikke konkurrere på energitetthet, men kan gi langt raskere lading, forklarer Anders Teigland i TioTech. Her med Hjørdis Skår i TioTech. Foto: Marius Valle

Kan gi bedre tilgang til effekt

Batterier basert på TitanB gir fordeler som er nyttig i mange situasjoner. At de tåler mange ladesykluser og høy effekt kan gjøre dem bedre egnet i enkelte applikasjoner hvor det i dag brukes vanlige litium-ionbatterier.

Det er for eksempel mulig å lade dem helt ut, noe som sterkt reduserer behovet for bufferkapasitet i batteripakken. Teigland bruker energilagring som eksempel.

– Der det er dårlig nett ønsker du å ha en batteripakke, for eksempel for elferger eller elbilladere. Kostnaden er ikke strøm, men effekt. Med batteripakken kan du kutte effekttoppene, sier han.

Om batteriet kan bidra med å leve høy effekt i periodene det trengs, reduseres også behovet for å installere store batterier som skal kunne levere mye effekt over lange perioder. 

Han estimerer energitettheten i batterier basert på titandioksid til å være mellom 110 og 130 wattimer per kg, som er en del lavere enn man kan få med kobolt- og nikkelrike cellekjemier i dag. 

– Men vi kan ikke gi et nøyaktig tall. Det går på hva man velger å prioritere. De batteriene med mest effekt må ofre energitetthet, siden de ikke kan ha like mye aktivt materiale. Men så kan du mer energi med mer aktivt materiale, mot at du ofrer effekt, sier han.

Tror teknologien vil være positiv for tilgangen til batterier

Selv om teknologien har begrensninger som ikke gjør den til et åpenbart valg for elbiler som trenger lang rekkevidde, kan den bidra til å gjøre tilgangen til slike batterier bedre.

Teigland peker på batterifergen Ampere, som kan lades på 10 minutter. For at det skal kunne gjøres trygt trengs en batteripakke som egentlig er ti ganger større enn det faktiske energibehovet under overfart.

Kort sagt: ved å identifisere hvilke områder som egner seg til å bruke titandioksidbaserte batterier kan behovet for installert batterikapasitet reduseres. Det gjør den ekstra kapasiteten som ellers måtte installeres tilgjengelig i markedet.

Bruksområdet kan være busser, ferger, roboter og stasjonære batterier. 

– EU er opptatt av hvordan vi skal sikre energifremtiden. Det går på energilagring og ikke generering, for sol og vind er allerede billig nok. Der mener jeg vi har løsningen, sier Teigland.

Les også