Ny studie: Fastfasbatterier är bättre för klimatet

2022-08-11 12:00  

Framtidens batteriteknik, så kallade fastfasbatterier, kan minska utsläppen från tillverkning med 39 procent, enligt en ny studie. Men batteritypen ökar även efterfrågan på den kritiska metallen litium.

Förhoppningarna på fastfasbatterier, som också kallas solid state, är skyhöga. De ska inte bara bli mer energitäta och ge elbilarna längre räckvidd än i dag, de ska också bli säkrare och kunna laddas fortare. Helst ska de också bli billigare.

Bakom alla förhoppningar ligger anoden av metalliskt litium. Med en sådan anod blir laddkapaciteten i materialet ungefär tio gånger högre än i dagens litiumjonbatterier, som har grafit i anoden.

Men metalliskt litium är också väldigt reaktivt och därför går det inte att använda samma elektrolyt i vätskefas som i dag. En elektrolyt i fast fas ska bli lösningen, hoppas många bil- och batteritillverkare.

Litiummetallbatteri.

Nu visar en ny livscykelanalys att fastfasbatterier också kan minska klimatavtrycket från framtidens bilar. Studien har beställts av miljöorganisationen Transport & Environment och har utförts av det brittiska företaget Minviro, som specialiserar sig på livscykelanalyser av råmaterial.

”En mindre mängd material behövs”

Enligt resultaten kan fastfasbatterier sänka utsläppen av växthusgaser från tillverkningen med 24 procent jämfört med dagens litiumjonbatterier av NMC-typ. Det är batterier som är vanliga i elbilar i dag och där det aktiva materialet i katoden består av nickel, mangan och kobolt.

– Fastfasteknik är en stor förändring eftersom batteriernas högre energitäthet betyder att en mindre mängd material, och därför mindre utsläpp, behövs för att tillverka dem, säger Cecilia Mattea på Transport & Environment, i ett uttalande.

Men ett fastfasbatteri som tillverkas med de allra mest hållbara materialen kan minska klimatavtrycket ännu mer, upp till 39 procent, enligt studien. Då gäller det att råmaterialet har utvunnits med de mest skonsamma metoderna, till exempel genom att ta vara på litium från geotermiska källor.

– Genom att städa upp i utvinningen och processandet av råmaterial till fastfasbatterier får vi ner deras klimatpåverkan ytterligare. Att förbättra metoderna som används i försörjningskedjan blir det viktigaste, säger Cecilia Mattea.

Kan bli svåra att återvinna

Tillgången på litium kan dock bli en flaskhals. Fastfasbatterier behöver litium i både anod och katod, därför kommer den nya batteritypen att öka efterfrågan på råmaterialet. Upp till 35 procent mer litium krävs till fastfasbatterier jämfört med dagens litiumjonbatterier. Och redan i dag klassas litium som en kritisk råvara av EU.

Däremot kommer den nya batteritypen att behöva mycket mindre grafit och kobolt, som också räknas som kritiska råvaror av EU, än dagens litiumjonbatterier.

Ett annat problem med fastfasbatterier är att de kan bli svåra att återvinna. Och än så länge pågår i princip ingen forskning på området. Det är något som Martina Petranikova, docent på Chalmers, nyligen har pekat på. Hon har noterat flera tekniska svårigheter med återvinning av den nya batteritypen. Till exempel kommer ytterligare reningssteg att krävas på grund av olika metaller i keramiska elektrolyter.

Sitter i elbilar under andra halvan av 2020-talet

Inom EU diskuteras just nu ett nytt regelverk för batteritillverkning, Batteries Regulation, där förslag har lagts fram om återvinning, spårbarhet för ingående råmaterial och krav på ansvarsfull utvinning av litium. Transport & Environment uppmanar EU att se till att det kommande regelverket uppmuntrar batteritillverkning med en låg klimatpåverkan och en hög återvinningsgrad av litium.

Samsung SDI:s forsknings- och utvecklingscentrum i Suwon, Sydkorea. Foto: Samsung SDI

När fastfasbatterier ska vara i bruk ger batteritillverkare och bilföretag lite olika besked om. Några kinesiska bolag har hävdat att kommersialisering bara ligger tre eller fyra år fram i tiden. Även Toyota och Volkswagen har uppgett att bilar med sådana batterier kan rulla på vägarna redan 2025.

Hett med solid state-batterier i elbilsvärlden. Foto: Toyota

Men majoriteten av aktörerna, till exempel batteritillverkarna LG Chem och Samsung SDI, är mer konservativa och spår att tekniken sitter i elbilar under andra halvan av 2020-talet, skriver Minviro.

Minviros analys

De två huvudsakliga utvecklingsspåren för fast elektrolyt handlar om keramer eller polymerer. Minviro har endast räknat med keramer baserade på syreföreningar eller svavelföreningar. Polymerer har exkluderats eftersom företaget bedömer att den typen av elektrolyt inte har kommit lika långt.

I Minviros analys var det en battericell med en oxidbaserad fast elektrolyt, anod av metalliskt litium och en NMC 811-katod som gav det lägsta utsläppet av växthusgaser vid tillverkning, 58 kg koldioxidekvivalenter per kWh.

Motsvarande litiumjoncell med NMC-katod, grafitanod och vätskebaserad elektrolyt landade på 77 kg koldioxidekvivalenter per kWh.

Men vilken typ av keram-elektrolyt som väljs verkar inte ha någon stor påverkan, konstaterar Minviro. Skillnaden mellan en oxidbaserad och sulfidbaserad fast elektrolyt var bara tre procent.

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