Vil lage elbilbatteri helt fritt for kobolt

Et batteri fritt for kobolt er under utvikling av batteriselskapet Sparkz Inc.

Kobolt har vært en viktig ingrediens i ladbare litium-ionbatterier. Det er ikke helt uproblematisk, da kobolt har vist seg å kunne ha uklar opprinnelse i verdikjeden.

Det er særlig et problem at mange i Kongo graver kobolt i uregulerte gruver. Her jobber hele familier, barn inkludert, med utgraving for hånd, helt usikret.

At store aktører ikke har vært flinke nok til å sikre at kobolt som brukes i batterier ikke har denne opprinnelsen, er et problem. Det gjelder ikke bare elbiler, men all elektronikk som benytter seg av litium-ionbatterier, som PC-er og mobiler.

Samtidig er kobolt i dag nødvendig for storstilt utrulling av elbiler.

Sparkz Inc. er et amerikansk oppstartsselskap, som nylig har gjort sine forretningsplaner kjent. Selskapet ble grunnlagt for et år siden, og har nå offentliggjort at de har fått eksklusiv lisens på fem batteriteknologier utviklet av Oak Ridge National Laboratory (ORNL).

Eliminerer kobolt

Teknologiene er utviklet nettopp med tanke på å eliminere kobolt i batterier, og inkluderer katodematerialer, elektrolytt, og en skaleringsprosess. Dette skal gjøre det mulig å produsere slike batterier på industriell skala, ifølge en pressemelding fra ORNL.

ORNL er et forsknings- og teknologisenter som administreres av det amerikanske energidepartementet.

Hensikten med å bruke kobolt i batterier er kort sagt å lage katodematerialer med høy kapasitet til å lagre litiumioner. Kobolt inngår i atomstrukturen i katoden, som er formet slik at litiumioner kan lagres og tas ut, uten at materialet endrer form. Om katoden endrer form på atomnivå, vil det gjøre det vanskelig å lade den opp igjen. Kobolts oppgave er dermed å sikre at battericellen har lang levetid.

Det er særlig viktig at strukturen er stabil i elbiler, som designes for å kunne hurtiglades med høyere og høyere effekt.

Kobolt er imidlertid både dyrt og sjeldent. Omtrent halvparten utvinnes i Kongo, et land som er kjent for mye, men neppe stabilitet. Å utvikle et batteri som ikke bruker dette i det hele tatt kan derfor gjøre batteriene billige og mindre problematiske rent etisk.

Koboltfrie batterier finnes

Nå skal vi skyte inn at det allerede finnes elbilbatterier helt uten kobolt. Litiumjernfosfat (LiFePO₄, eller LFP) er vanlig i en del kinesiske elbiler. Problemet er lavere energitetthet, altså mindre energi enn et tilsvarende stort koboltbasert elbilbatteri i praksis.

I tillegg finnes litiummanganoksid (LMO) og litiumtitanoksid (LTO), som begge har lavere energitetthet enn koboltbaserte kjemier.

Planen til Sparkz er altså å lage noe tilsvarende, men med samme egenskaper som koboltbaserte batterier.

Teknologien skal gjøre det mulig å lage koboltfrie katoder til en lav pris. I tillegg tar de i bruk en elektrolytt, altså væsken mellom anoden og katoden som litiumionene vandrer gjennom, som skal gjøre raskere lading mulig.

I meldingen skriver ORNL at deres teknologi erstatter kobolt som overgangsmetall i katoden. Nøyaktig hva det erstattes med nevnes ikke, men de skriver at oppbygningen av litium i katoden varierer.

Ingen garantert suksess

Det er imidlertid ikke noen sikker oppskrift på koboltfri batterisuksess. Oppstartsbedriften har ingen batteriproduksjonsfasiliteter, ei heller noen forsknings- og utviklingsavdeling. Det siste skal de imidlertid være i gang med å etablere.

Videre er Sparkz med i et inkubatorprogram det amerikanske energidepartementet har etablert. Hensikten er å forsøke å få teknologi fra laboratoriet ut i den virkelige verden.

Deres ulike forskningssentre har ifølge departementet sørget for en rekke batterigjennombrudd, som blant annet har sørget for lavere pris per kilowattime de siste ti årene. Inkubatorprogrammet «Lab Investment Incubator Activity» er ment å bidra til å kommersialisere teknologi som koboltfrie litium-ionbatterier med høy kapasitet.

At vi til slutt vil ende opp med elbilbatterier som bruker lite eller ingen kobolt er ganske sikkert. Som nevnt jobber flere med dette. IBM er en stor aktør som forsker mye på temaet.

I sin IBM Research Battery Lab hevder de å ha utviklet tre nye materialer som gjør det mulig å bygge litium-ionbatterier uten verken kobolt, nikkel eller andre problematiske metaller.

Materialene skal angivelig være mulig å hente ut av sjøvann, skriver IBM. Dette kan tenkes å gjøre mulig råvareutvinning med mindre miljøbelastning. I tillegg skal IBMs resultater tyde på at batterier med deres teknologi kan lades til 80 prosent på mindre enn fem minutter, og at energitettheten er på høyde med den beste av dagens teknologi.

Dette er like fullt laboratorieresultater. Hvorvidt det er mulig å produsere dette lønnsomt i en meningsfull industriell skala gjenstår å se.

Kan bli billigere

Et koboltfritt batteri vil ikke bare være mindre etisk problematisk. Det kan også bli billigere. Dermed er det ikke overraskende at det er en del kjente og ukjente aktører som jobber med det samme. En av disse er Panasonic, som jobber med Tesla, har som mål å utvikle elbilbatterier uten kobolt.

En av grunnene til at prisen på kobolt kan være ustabil er at det utvinnes som biprodukt i kobber- eller nikkelgruver. Hvor lønnsomt det er å utvinne kommer dermed an på disse råvareprisene, sier råvareanalytiker Caspar Rawles i et intervju med The Verge.

Han sier videre at koboltbruken allerede har gått betydelig ned, og viser til Panasonic og Tesla som har redusert med over 60 prosent. Det vil bli vanskelig å redusere ytterligere.

Et batteri helt uten kobolt må dessuten gjennom mange tester som kan forsikre bilprodusentene om at de kan tilby minst like god batterigaranti som i dag. For eksempel har Tesla inntil 8 år eller 192.000 kilometer garanti på Model 3, som sier at du skal ha minst 70 prosent av opprinnelig kapasitet i denne tiden.

Kobolt er i dag viktig for å sørge for lang og stabil levetid på batteriet. Om en bilprodusent må bytte batteri på garanti oftere, kan besparelsen ved å redusere bruken av kobolt forsvinne helt, forklarer Rawles.

Metallet bidrar dessuten med sikkerhet, ved at det gjør faren for overoppheting lavere. Det er nok ikke mye som er dårligere PR enn en elbil med et batteri som brenner.

Han viser også til at batterikjemi med særlig lavt koboltinnhold krever spesielt tørre produksjonsfasiliteter, noe som kan bidra til økt produksjonspris.

Altså er det nok ganske trygt å anta at kobolt ikke kommer til å forsvinne fra verken elbilbatterier eller mobilbatterier med det første.