Bakslag för framtidshoppet inom batteritekniken

2021-09-22 06:00  

Litiumsvavelbatterier var tidigare en av de starkast lysande stjärnorna på förhoppningarnas batterihimmel. Men nu har de största kommersiella satsningarna gått i stöpet.

Det är inte så konstigt att förhoppningarna har varit skyhöga på litiumsvavelbatteriet. Det aktiva materialet i cellen har en teoretisk energitäthet om drygt 2 500 Wh/kg, det är fyra gånger högre än motsvarande värde hos litiumjoncellen.

Även om den praktiska energitätheten i batterier brukar ligga flera snäpp under det teoretiska värdet, skulle också 800 Wh/kg vara ett stort framsteg jämfört med litiumjoncellens 300 Wh/kg.

Det har lett till förväntningar om att det är litiumsvavelkemin som ska ge elbilarna längre räckvidd och luft under vingarna för elflyget. Batteritypen blir inte sämre av att svavel är billigt och att batteritypen klarar sig utan kobolt.

Fakta: Linda Nohrstedt Grafik: Jonas Askergren

Till sin struktur är litiumsvavelbatteriet ganska likt litiumjonbatteriet. Energibärarna är litiumjoner som passerar genom elektrolyten mellan anod och katod.

Men i litiumsvavelbatteriet består anoden av litiummetall i stället för grafit och katoden av svavel och kol i stället för litiumjonbatteriets vanligaste kombination av nickel, mangan och kobolt.

Daniel Brandell. Foto: Staffan Claesson

Hittills har dock litiumsvavelkemin inte alls levt upp till förhoppningarna. Det har varit svårt att få cellerna att klara mer än hundra laddcykler eftersom de dras med stora nedbrytningsproblem. Svavlet löser upp sig i elektrolyten och anoden drabbas av dendriter, små taggiga utväxter som kan leda till kortslutning.

– Dessutom lider cellerna av självurladdning. Får de stå och vila laddar de ur sig rätt snabbt, säger batteriprofessorn Daniel Brandell, som har forskat i tio år på litiumsvavelkemin.

Konkursförvaltare tog över – utrustning såld

Problemen har betraktats som lösbara. Men kanske var de svårare än väntat. På senare tid har de två största kommersiella satsningarna på litiumsvavelkemin gått i stå.

I Storbritannien har Oxis Energy länge jobbat på att utveckla en litiumsvavelcell som sedan skulle licensieras till tillverkare för massproduktion. I januari förra året meddelade företaget att det hade skapat en cellprototyp med 471 Wh/kg i energitäthet.

Bye Aeorspace var en flygplansutvecklare som hoppades på Oxis batteriteknik. Foto: Bye Aerospace

Så sent som i april i år skickade Oxis Energy en pressrelease och skrev att batterier skulle skickas till kunder under hösten för tester i flyg, tunga fordon och sjöfart.

Men bara en månad senare blev det uppenbart att företaget var på obestånd. Två konkursförvaltare tog då över förvaltningen av verksamheten. I slutet av juli köpte den brittiska teknikjätten Johnson Matthey upp Oxis testutrustning och cirka 200 patent. Planen är att anpassa utrustningen så att den kan användas för att utveckla elektrolysörer för vätgasproduktion.

”Fått en allvarlig knäck”

Matthew Lacey, som i dag är batteriexpert på Scania men som tidigare har forskat på litiumsvavelbatterier, ser konkursen som ett kraftigt slag mot litiumsvavelkemin.

– Oxis gjorde verkligen imponerande saker genom att demonstrera kemin och vilka applikationer den kunde användas för. Nu har fältet tappat sina främsta industriella flaggskepp, säger han.

Matthew Lacey. Foto: Privat

Varför tror du att Oxis gick i konkurs?

– De fick slut på pengar. Och fick svårare och svårare att locka till sig investerare. Jag tror inte heller att investerarna var så nöjda med utvecklingstakten. Kemins attraktionskraft har också gått ner över tid. På senare år är det ett större intresse för batterier med fastfaselektrolyt eller med kiselanoder. De kemierna ser ut att kunna få samma fördelar men utan många av nackdelarna, säger Matthew Lacey.

Ett annat företag som har satsat på litiumsvavelkemin är amerikanska Sion Power. Precis som Oxis Energy har de haft siktet inställt på elflyg. Men 2015 övergav Sion svavelkatoderna på grund av svårigheter att uppnå tillräckligt antal laddcykler. I stället satsar Sion Power nu på att kombinera litiummetallanoder med katoder av nickel, mangan och kobolt.

– Hela litiumsvavelområdet har fått en allvarlig knäck. Oxis och Sion har filat på det här hur länge som helst och har satsat jättestora resurser. De grundläggande problemen med kemin kanske var lite för svårlösta, säger Daniel Brandell.

Läs mer: Kan Sion Power ge litiummetallbatteriet luft under vingarna?

Det finns några nya startup-företag som ännu är hoppfulla kring litiumsvavelkemin, till exempel Lyten och Flexodes, båda från USA, men de befinner sig ännu i ett tidigt stadium.

”Klarlägger hur stora problemen är”

För fordon tror Matthew Lacey att batterikemin inte längre är aktuell. Möjligen kan den fungera inom vissa smala användningsområden, till exempel bärbar utrustning i kalla miljöer, eller satelliter i den övre atmosfären. Där kan kemins fördel, att den klarar låga temperaturer, åtminstone ned till minus 60 grader Celsius, kompensera för dess låga uteffekt.

– Sådana satelliter behöver inte så mycket effekt, men fordon är svårare för de behöver hög effekt, säger han.

I november ska en doktorand på Uppsala universitet disputera på en avhandling om litiumsvavelcellens reaktionsprocesser.

– Det är en jättebra avhandling, som verkligen klarlägger hur stora problemen är för den här tekniken, säger Daniel Brandell.

Så skiljer sig batteriteknikerna

Litiumjonbatteri

Anod av grafit, katod oftast av nickel, mangan och kobolt.

Teoretisk energitäthet: 658 Wh/kg (i det aktiva materialet).

Praktisk energitäthet (som bäst hittills): 300 Wh/kg (på cellnivå).

Litiumsvavelbatteri

Anod av litiummetall, katod av kol och svavel.

Teoretisk energitäthet: 2 567 Wh/kg (i det aktiva materialet).

Praktisk energitäthet (som bäst hittills): 471 Wh/kg (på cellnivå).

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