Amerikanska startupen ska lyfta Northvolts batterier till himlen

2021-10-19 06:00  
Battericell från Cuberg. Foto: Cuberg

En ny batteriteknik som ska driva flygfarkoster – det är målet med Northvolts köp av amerikanska Cuberg. Men cellerna har en del kvar att bevisa. ”Det är ingen perfekt kemi”, säger Cubergs vd.

Jättefabriken i Skellefteå, där litiumjonceller ska massproduceras, har inte ens kommit igång förrän Northvolt satsar på nästa batteriteknik. Med litiummetallbatterier ska säkerheten bli bättre, energitätheten högre och räckvidden längre.

Kalifornienbaserade Cuberg har sedan starten 2015 satsat på att utveckla litiummetallbatterier särskilt anpassade för snabb kommersialisering. Företaget lovar att deras battericell ger 70 procents längre räckvidd i flygfarkoster jämfört med motsvarande litiumjonceller.

Litiummetallbatterier förväntas ta mindre utrymme i anspråk än litiumjonbatterier. Här är Cubergs jämförelse. Foto: Cuberg

Grunden för alla förhoppningar kring litiummetallbatterier finns i anoden, som består av metalliskt litium. Materialet har ungefär tio gånger så hög laddkapacitet som den grafit som används i litiumjonbatterier i dag.

Problemet är att metalliskt litium också är mycket reaktivt. De försök som hittills har gjorts med litiummetallbatterier har präglats av nedbrytning av elektrolyten och dendritbildning, små utväxter, på anoden. Kortslutning och brand har förekommit.

”Lösningsmedlet är rätt unikt”

Så kallad solid state, fast elektrolyt, har presenterats som en lösning och har hajpats enormt på senare år. Så gott som alla biltillverkare satsar på den tekniken.

Men Cuberg, som har avknoppats från forskning på Stanford University, har valt en annan väg. Richard Wang, nu vd på företaget, var doktorand när han kom på en flytande elektrolyt som kunde fungera i en battericell ihop med metalliskt litium som anod.

Cubergs lokaler i Emeryville, Kalifornien. Foto: Cuberg

Nyckeln är att elektrolyten bildar en film, en så kallad SEI (solid electrolyte interphase layer), som lägger sig som ett skyddande skikt på anoden.

– Du kan tänka på den som en fast men tunn elektrolyt, eftersom filmen är i fast fas, berättar Richard Wang på telefon för Ny Teknik.

Exakt vad elektrolyten består av vill han dock inte avslöja.

– Den innehåller inga ovanliga metaller. Litiumsaltet vi använder är ganska standard, men lösningsmedlet är rätt unikt. Det är icke brandfarligt och mer stabilt, säger han.

Läs mer: Northvolt storsatsar i Västerås – bygger ”campus” för batteriforskning

”Vi har en bit kvar”

Enligt Cuberg-vd:n har företagets celler inga problem med dendritbildning.

– Men det är ingen perfekt kemi. Vi behöver fortfarande uppnå längre livstid och snabbare laddning, säger han.

Richard Wang. Foto: Cuberg

En första cell har validerats av Idaho National Laboratory i USA. Påsceller om 5 Ah hade 369 Wh/kg, 2 000 W/kg i uteffekt och klarade 370 cykler.

Ett högre cyklingsresultat, 500 cykler, har nåtts men resultatet har inte verifierats av en oberoende part än. Målet är 800 cykler, vilket Richard Wang tror sig kunna nå inom ett eller två år.

När det gäller möjligheten att ladda snabbt är målet inte riktigt lika tydligt.

– 15 minuters laddtid för att nå 80 procent av laddkapaciteten är målet för fordon. Men för flyg är snabbladdning inte lika viktigt. Just nu är vi på 40 minuter, så vi har en bit kvar, säger Richard Wang.

Men utifrån den verifierade prestandan, hur kan företaget hävda att deras battericell ger upp till 70 procents längre räckvidd för flygfarkoster än motsvarande litiumjonceller?

– Vår cell ger 2 000 W/kg i uteffekt, så det är inte rättvist att jämföra med en vanlig litiumjoncell, som brukar ge ungefär 500 W/kg. Men om man jämför med en litiumjoncell som är designad för att ge lika hög uteffekt ligger energitätheten på 200-220 Wh/kg, och då har vår cell 70 procent mer energi, svarar Richard Wang.

”Tusentals flygtaxis kommer att tillverkas varje år”

Det är framför allt eldrivna VTOL, vertikalstartande farkoster, som behöver så hög effekt vid starterna. Det är också den första kundskaran som Cuberg har i sikte. Redan nu har företaget samarbeten med flygutvecklare som Boeing, Beta Technologies, Ampaire och Volt Aero.

Trots att Cubergs celler har en del kvar att bevisa räknar företaget med att få igång en produktionslina som tillverkar litiummetallbatterier för flygfarkoster 2024. Om den hamnar i USA eller i Sverige är ännu inte bestämt.

– Hur många batterier vi kommer att tillverka där beror på kundernas önskemål. Men tusentals flygfarkoster av typen flygtaxis kommer att tillverkas varje år, så vi ska försöka matcha det, säger Richard Wang.

Northvolt har från början satsat på konventionella litiumjonbatterier med NMC-katoder (nickel, mangan och kobolt). Det ledde till en del kritik inledningsvis, från bedömare som ansåg att Northvolt riskerade att bli omsprunget i teknikutvecklingen.

Vd Peter Carlsson sa dock tidigt att bolaget ville vara med i ”solid state-racet” och berättade 2019 att bolaget hade gjort vissa förberedelser, bland annat genom att rekrytera några specialister på fasta elektrolyter.

Läs mer: Därför satsar alla på solid state-batterier

”Inte batteridrivna flygplan på Atlantöverflygningar”

Så frågan är hur Northvolt ställer sig till fastfaselektrolyter i dag, när köpet av Cuberg innebär en tydlig satsning på ett litiummetallbatteri med elektrolyt i vätskefas?

– Vi följer så klart utvecklingen noga och har inte stängt några dörrar alls. Tvärtom möjliggör de tunga investeringarna i forskning, utveckling, testning och validering som nu sker i Northvolt Labs att vi har goda möjligheter att anamma och utveckla nya tekniker, säger Anders Thor, ansvarig för samhällsrelationer på Northvolt.

– Men vi tror att fast elektrolyt kommer till marknaden lite långsammare. Batterier med elektrolyt i vätskefas kommer att röra sig snabbare, säger Richard Wang.

Men hur långt kan batteridrivna flygfarkoster egentligen färdas? Richard Wang bedömer att det framför allt är på två områden som batterier är lämpade för flyget. Dels i flygande taxifarkoster, som flyger korta sträckor, och dels som regionalt transportmedel i form av mindre flygplan, med plats för 20 passagerare, på sträckor upp till 800 kilometer.

– För längre sträckor är andra lösningar bättre. Jag ser inte batteridrivna flygplan på Atlantöverflygningar, till exempel. Då är nog bränsleceller eller syntetiska bränslen bättre, säger han.

Produktionsstart i Skellefteå före årets slut

Northvolts köp av Cuberg blev klart i mars i år. Richard Wang beskriver det som en perfekt matchning av två bolag.

– Inte bara på grund av Northvolts tillverkningserfarenhet utan också kulturellt. Vi är båda startups, säger han.

Northvolts tillverkningserfarenhet kan dock än så länge tyckas begränsad. Demo- och utvecklingsanläggningen Northvolt Labs i Västerås är igång, men själva jättefabriken i Skellefteå, där masstillverkningen ska ske, har ännu inte startat.

Bygget av Northvolt Ett i Skellefteå. Bilden är från februari 2021. Foto: Pontus Orre/TT

Ambitionen är att produktionsstart där ska ske före årets slut i de första två produktionslinorna och ökas successivt tills de når en sammanlagd produktion om batterier med totalt 16 GWh i energilagringskapacitet per år.

Cuberg å sin sida har hela tiden haft uppskalning av produktion i sikte.

– Det är vår största konkurrensfördel, vår möjlighet att skala upp tillverkning. Vår cell har designats för att tillverkningen ska kunna gå lätt att skala upp. Det är därför vi har valt NMC som katod, för den är enklast att förverkliga i nästa generations batterier, säger Richard Wang.

Cuberg

Finns: I Emeryville, Kalifornien.

Antal anställda: Cirka 60.

Grundades: 2015.

Köptes av Northvolt: I mars 2021.

Linda Nohrstedt

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt