Snudde hver stein: Resultatet ble et helt nytt og intelligent elbilbatteri

Et batteri er ikke bare et batteri. Hvor de produseres og av hva er helt avgjørende for miljøet, kostnader og kvalitet.

– Batterier er avhengige av en rekke råmaterialer som ofte er begrenset tilgjengelige og i dag i stor grad utvinnes og produseres i politisk ustabile og uforutsigbare deler av verden, sier forsker og prosjektleder Nils Peter Wagner i Sintef.

Inntil nylig har mesteparten av battericelle-produksjonen foregått i Asia, med mer enn 95 prosent av den globale produksjonen av litium-ion-celler. Nå jobbes det med å gjøre Europa mer selvforsynt.

Artikkelen fortsetter etter annonsen

annonsørinnhold

Her må selv kutunnelen bygges med lette masser

Etter en fire år lang europeisk forskningsdugnad presenterer nå forskningsteamet i prosjektet IntelLiGent oppløftende forskningsresultater.

– Vi har studert alle deler av battericellen – ja, gått i hver minste detalj – for å finne den best mulige materialsammensetningen, sier Nils Peter Wagner.

Han har ledet prosjektet med navnet IntelLiGent.

Blir lønnsomt for kundene

Målet i det EU-finansierte prosjektet har vært å utvikle mer bærekraftige, effektive og intelligente elbilbatterier.

– Dette har vi gjort ved å bruke mest mulig miljøvennlige materialer. Vi har også gitt batteriene høy effekt og evne til å lagre mye energi på lite plass.

For, skal produksjonen av elbilbatterier virkelig skyte fart i Europa, må elbiler oppleves som et attraktivt valg for oss som forbrukere. De må ha god rekkevidde, kort ladetid, lang levetid, være miljøvennlige og ha en overkommelig pris for folk flest.

Bruker mindre kritiske råmaterialer

En av forskernes «hemmeligheter» har vært å bruke mindre av kritiske råmaterialer. Prosjektet har resultert i en ny generasjon av materialet litium-nikkel-manganoksid (LNMO), som brukes i batteriets katode.

Materialet er koboltfritt og inneholder mindre litium og nikkel enn materialer som brukes i dagens batterier, samtidig som det leverer høy energitetthet og høy spenning uten å gå på bekostning av ytelsen.

I batteriets anode har forskerne laget en kompositt som består av både silisium og grafitt. Silisium tar opp langt flere litium-ioner, som gir høyere energitetthet enn dagens standard-anode, mens grafitt gir styrke og stabilitet. Kombinasjonen gjør at disse batteriene har høyere kapasitet og varer lenger. Komposittmaterialet produseres av Vianode i Norge, som kan fremstille grafitt med 90 prosent lavere utslipp enn andre produsenter, samtidig som ressursbruken reduseres.

Ga batteriet lengre levetid

Kvaliteten på elektrodene er avgjørende for battericellenes ytelse, levetid og sikkerhet. Forskerteamet har derfor optimalisert batteristrukturen og elektrodene for å øke energitetthet og ladehastighet, samtidig som de sikrer at varme ikke bygger seg opp inne i batteriet. I tillegg til å forbedre de aktive materialene, har de utviklet en elektrolytt som beskytter både anoden og katoden, selv ved høye spenninger, noe som gjør at batteriene blir mer stabile og varer lengre.

For å opprettholde en stabil elektrodestruktur har forskerteamet utviklet nye bindemidler. Bindemidler holder elektrodene sammen gjennom hele batteriets levetid, under krevende kjemiske forhold.

Artikkelen fortsetter etter annonsen

annonse

Autonom drift: KI-datasentre fremskynder utviklingen globalt

Tradisjonelt er bindemidler viktige, men passive, deler i batterier. De har altså ingen tilleggsfunksjon. IntelLiGent har gjort bindemidlene aktive ved å velge et bindemiddel som også har flere funksjoner. Bindemiddelet i dette batteriet gir aktiv beskyttelse og forhindrer uønsket sidereaksjoner:

– Bindemidlene er ofte basert på fluorholdige polymerer som PVDF, som inneholder giftige og miljøskadelige løsemidler. I prosjektet testet vi ulike polymerer og klarte til slutt å erstatte PVDF med et vannløselig bindemiddel, som også hadde noen ekstra positive ekstra funksjoner, forklarer Wagner og legger til:

– Våre bindemidler kan fange opp metallionene, mangan og nikkel, når de frigjøres fra katoden og hindre dem i å nå anoden, hvor de kan forårsake litiumavleiring og forkorte batteriets levetid, sier Wagner.

På vei mot kommersialisering

En av de største utfordringene ved å skalere opp produksjonen av battericeller er å lage elektroder i industriell skala. På Sintef Battery Lab har prosjektet vist at elektrodeproduksjonen kan skaleres fra laboratorienivå til industrielt format.

– På batterilaben har vi klart å produsere vannbaserte elektroderuller med høy tetthet og jevn kvalitet i skala opp til 100 meter. Det er en milepæl for både europeisk og norsk batteriforskning, og et viktig steg mot lokal industriell produksjon av battericeller.

Dette er et av de første europeiske eksemplene på oppskalering av vannbasert LNMO-katoder med høy materialmengde og energitetthet for elbiler. Det er også et av de første vellykkede forsøkene på oppskalering av elektrodeproduksjon i Norge.

Prosjektet har også produsert mer enn 60 battericeller på 15 Ah (amperetimer). I tillegg har Millor Battery i Spania utviklet og produsert en batterimodul basert på prosjektets battericeller, noe som viser at den nye batterikjemien kan tas i bruk og skaleres for fremtidige batteripakker.

Artikkelen ble først publisert på Gemini.no. 

Les også:

Naturvern­seier i Førde­fjorden – men staten kan få et nytt argument