De utmanar litiumjoncellen med ”jättebillig” (och miljövänlig) teknik

2021-06-17 00:01  

Uppsalaföretagen Altris och Lifesize har utvecklat en prototyp av ett natriumjonbatteri. ”Den mest hållbara högpresterande battericellen som någonsin har producerats” enligt företaget.

Ny Teknik har tidigare berättat om företaget Altris, som har knoppats av från forskning vid Uppsala universitet. I grunden ligger en metod för att tillverka ett katodmaterial till natriumjonbatterier på ett billigt sätt och med råvaror som är vanligt förekommande.

Nu har bolaget tillsammans med Lifesize, som äger en produktionslina för batteritillverkning, tagit fram en prototyp för en natriumjoncell som kan tillverkas med industriella metoder.

– Det nya är att vi har gått från forskningsceller till att producera celler med industriella metoder. Vi har streamlinat processen så att vi kan bygga många celler per dag. Vi har ett recept som vi kan lämna över till andra produktionslinor och säga ”gör så här så blir det bra”, säger Ronnie Mogensen, forskningschef på Altris.

Natriumjonbatterier ses av många som en lovande batterityp som kan bli mer miljövänlig än dagens litiumjonbatterier. Svårigheten hittills har varit att få upp prestandan.

Altris kallar sitt katodmaterial Fennac. Foto: Altris

Men Altris hävdar att deras prototyp kan matcha dagens litiumjonbatterier av LFP-typ (LFP står för litium, järn och fosfat, som finns i katoden), men med mer miljövänliga material.

LFP är dock inte den celltyp bland litiumjonbatterierna som har den allra högsta energidensiteten. Med cirka 180 wattimmar per kg på cellnivå ligger den en bit efter NCA, som har noterat runt 250 wattimmar per kg. Altris natriumjonprototyp ligger än så länge på 100-120 wattimmar per kg på cellnivå.

Prototypen består av en egenutvecklad elektrolyt, som till skillnad från litiumjonbatterierna inte innehåller fluor och inte är brännbar. Fluor är problematiskt eftersom den giftiga gasen vätefluorid bildas om batteriet börjar brinna.

– Vi har kommit på en elektrolyt som är baserad på ett flamskyddsmedel, så vår elektrolyt kan inte brinna, det ger oss en säkerhetsfördel. Dessutom kostar fluor en hel del så vi sparar en hel del pengar. Vi försöker göra ett jättebilligt batteri och hela grejen förstörs om man har en jättedyr elektrolyt, säger Ronnie Mogensen.

Batterimaterialet preussisk vit kan tillverkas med större eller mindre mängd natrium. Ju högre natriumhalt, desto vitare blir pulvret.Foto: Jörgen Appelgren

Genom den nya elektrolyten öppnas nya marknadsmöjligheter för Altris. I applikationer där batterier behövs i slutna utrymmen, där man inte vill ha giftig gasutveckling, kan natriumjonbatteriet vara ett välkommet alternativ.

– Ubåtar som går på el till exempel, där är man livrädd för gasutveckling, eller i gruvindustrin när man vill slå över till batterier. Där vill man spara på ventilationen, men är inte så bekymrad över batteriernas vikt. Sedan har vi båtar, båtägare hör redan av sig till mig. Där är man livrädd för eld men okänslig för batteriernas vikt, säger Ronnie Mogensen.

”Korka upp chamgagnen när vi är på 1 000 cykler”

Jämfört med LFP-celler menar Altris att deras natriumjoncell också har en fördel genom att den inte behöver någon koppar. Det gör att både vikt och kostnad minskar.

Det återstår dock att visa hur länge battericellen kan fungera. Hittills har flera prototypceller cyklats 200 gånger med 80 procents bibehållen energilagringskapacitet. Men de är fortfarande aktiva och fortsätter att genomgå cykling.

Målet är att nå 1 500 cykler.

– Men jag kommer nog att korka upp champagnen när vi är på 1 000 cykler. Det räcker för en kommersiell produkt i applikationer som handelverktyg eller elskootrar, säger Ronnie Mogensen.

I Uppsala finns en produktionslina för tillverkning av litiumjon- och natriumjonbattericeller. Foto: Jörgen Appelgren

Dessutom ska all prestanda verifieras av tredje part.

– Men nu har vi ett basrecept som fungerar fint och går in i all ordinarie utrustning. Ingen manuell handpåläggning krävs, säger Ronnie Mogensen.

Bolagets affärsmodell handlar dock inte om att bli en tillverkare av natriumjonbattericeller. Altris siktar på att sälja sitt katodmaterial och sin elektrolyt till andra celltillverkare.

– Det vi gör när vi bygger celler är marknadsskapande. Vi vill vara ett katodmaterialbolag egentligen, men det är svårt att sälja materialet om vi inte visar hur man kan bygga en cell av det. Kan vi ge någon en lapp med information om hur man gör ett batteri är de mer benägna att köpa katodpulver av oss, säger Ronnie Mogensen.

Prototypcellen har utvecklats med ekonomiskt stöd från Energimyndigheten.

Filmen visar de olika stegen i batteritillverkning hos Lifesize i Uppsala.

Altris natriumjoncell

Katoden består av Fennec, Altris egenutvecklade material som består av kol, järn, kväve och natrium.

Anoden består av hårt kol som tillverkas av biomassa, till exempel kokosnötsskal.

Elektrolyten är fluorfri och icke brännbar.

Bindemedlet (den så kallade bindern) i katoden och anodens aktiva material är biobaserad, till skillnad från de fluorbaserade bindemedlen som är standard i litiumjonbatteriet.

Separatorn är baserad på cellulosafiber från skogsprodukter, till skillnad från oljebaserade produkter som ofta används i litiumjonbatterier.

Natriumjonbatterier

En fördel med natriumjonbattericeller är att de varken innehåller litium eller kobolt, som ses som kritiska mineralerna i den framtida energiomställningen.

Internationella energirådet, IEA, bedömer att mineralbehovet för teknik inom grön energi kommer att fyrfaldigas till 2040 om klimatmålen ska nås. Det gäller särskilt de mineraler som behövs till elbilarnas litiumjonbatterier: Litium, grafit, kobolt och nickel.

Kobolt är dessutom behäftad med allvarliga sociala problem eftersom brytningen ofta sker under livsfarliga förhållanden.

Hittills har det dock inte funnits någon storskalig tillverkning av natriumjonbatterier på marknaden. Men nu ser det ut att börja röra på sig. Det kinesiska jättebolaget Catl rapporteras sikta på att börja marknadsföra natriumjonbatterier i juli i år och brittiska Faradion tycks vara nära tillverkning via licens.

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