Ny materialbruk og produksjonsprosess gir billigere og mer miljøvennlige batterier

For å nå målene om å redusere drivhusgass-utslippene med minst 55 prosent av 1990-nivået før 2030, og for at EU skal kunne oppnå å bli klimanøytrale innen 2050, må utslippene fra transportsektoren raskest mulig ned. I den raskt voksende elektrifisering av transportsektoren spiller avansert batteriteknologi en nøkkelrolle.

I Europa er batteriindustrien i vekst og endring og litium-ionbatterier er forventet å dominere markedet for avanserte batterier for transportsektoren i løpet av det kommende tiåret.

Trygge og bærekraftige batterier med høyere effekt
Batterietterspørselen i Europa alene anslås å nå 200 GWh i 2025 og nær 450 GWh i 2030. For å oppnå dette, og for å muliggjøre en bærekraftig transportsektor uten utslipp i Europa, må hele batterienes livsløp forbedres. Litium-ionbatterier har i dag god energitetthet, ladekapasitet og levetid, men det er behov for å videre utvikle de blant annet for å få en rimeligere produksjon og et lavere karbonavtrykk til de produserte battericellene.

Batteri-produsenter, leverandører og befolkningen er interessert i å gjøre batterier mer tilgjengelig og mer bærekraftig samtidig som at de blir mer effektive og får høyere energitetthet, altså at de f.eks. kan gi elbiler lengre rekkevidde.

– Både industrien og befolkningen forventer batterier som har god rekkevidde, rask ladekapasitet, som er trygge og har lave kostnader. Behovet for industriell utvikling av neste generasjons batterier er derfor stort, sier seniorforsker og ansvarlig for SINTEFs batterilaboratorium Paul Inge Dahl.

Lever lengre, lader fortere
Dagens batterier består dessuten av materialer som det er høyt press på fordi vi har lite tilgang på dem og kommer til å gå tomme, eller de produseres langt unna og er avhengige av lange sjøreiser for å nå markedet. I EU ser man derfor på måter å endre produksjonen slik at en kan være selvforsynt med på eget kontinent.

Tilgang på materialer og andre innsatsfaktorer til produksjonen er en hovedårsak til at mange må vente lenge på elbilen sin, for eksempel. Fremtidens produksjon består mest mulig av sirkulære kretsløp uten å måtte reise flere ganger på tvers av jordkloden underveis fra utvinning av materialet og frem til ferdig produkt.

– Vi skal erstatte bruken av kobolt og naturlig grafitt og ta ned behovet for nikkel i battericellene som skal lages i dette prosjektet. I stedet skal vi bruke en avansert høyspenning litiumnikkelmanganoksid sammen med en syntetisk silisiumgrafittkompositt som er produsert i Norge ved bruk av fornybar energi og dermed har et lavt CO2-fotavtrykk. Disse endringene gir batterier med høyere energitetthet, levetid og ladefart enn dagens state-of-the-art batterier, forteller seniorforsker og koordinator for IntelLiGent Nils Peter Wagner.

Fra lab til industriell skala 

Selve produksjonen av battericeller vil foregå med bærekraftig prosessering hvor man bytter ut løsemidler med vann i produksjonen av elektrodene inne i batteriet. I tillegg vil prosjektet fokusere på avanserte utvikling av elektrolytter og innovative konsepter som skal forhindre kapasitetstap i batteriene.

– Vi er beæret over å nok en gang få anledning til å bidra til neste generasjon batterier for å støtte EU og europeisk industri i å realisere en selvforsynt og bærekraftig batteriindustri på det europeiske kontinent. Kvantesprang innen elektrokjemi og avansert produksjon er nødvendig og prosjekter som dette, hvor fremragende industri- og forskningsaktører samles for å samskape hele veien fra lab til industriell skala, er metoden som vil ta oss dit, sier konserndirektør Eli Aamot i SINTEF Industri.

Volkswagen deltar som aktiv industriell rådgiver i prosjektet. Norske Vianode er også industriell partner, sammen med Custom Cells, Millor Battery og E-Lyte Innovations. Det uavhengige forskningsinstituttet SINTEF koordinerer prosjektet og i tillegg deltar AIT – Austrian Institute of Technology, Institut de Recerca en Energia de Catalunya, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Tecnology og University of Oxford alle som forskningspartnere.

– Mer miljøvennlige og effektive batterier er essensielt for å muliggjøre et klimanøytralt EU innen 2050 og for å gjøre produksjonsprosessen av batterier bærekraftig. Vianode har ambisjoner om å etablere storskala produksjon av anodematerialet syntetisk grafitt i Norge. I en gjennomsnittlig elbil utgjør disse materialene i dag opp mot 70 kilo. Ved hjelp av ren kraft, egenutviklet teknologi og prosessering kan vi redusere utslippene i denne delen av verdikjeden med over 90 prosent sammenlignet med konvensjonell produksjon. Vi arbeider samtidig med resirkulering av materialene og gjennom IntelLiGent-prosjektet fortsetter det avanserte forskningsarbeidet på silisiumgrafittgrafittkompositt som anodemateriale i fremtiden, sier Stian Madshus, general manager i Vianode.

FAKTA OM PROSJEKTET
- Prosjektets navn er IntelLiGent og det er finansiert av EUs forsknings- og innovasjonsprogram Horisont Europa med 6,8 millioner euro.
- Sammen med industrideltakerne i prosjektet vil man få laget et nytt litium-ionbatteri som skal piloteres og skaleres opp til industriell produksjon for bruk i elektriske kjøretøy.
- Prosjektets varighet er tre år.