Branschaktörer har föreslagit olika idéer inom batteriteknik för att utöka räckvidden för ett elfordon. Bland dem har litiummetallbatterier, även kallade solid-state-batterier, vunnit popularitet för sin potential att övervinna elbilars begränsade räckvidd.
De flesta tillverkare använder för närvarande litiumjonbatterier för att driva sina elbilar. Men experter säger att litium-metallbatterier kan överträffa sina motsvarigheter med litiumjoner i framtiden. De två batterityperna skiljer sig åt i elektrolytsammansättning. Litium-metallbatterier använder en fast elektrolyt, medan den andra använder en flytande version.
Elektrolytskillnaden kan leda till förbättringar av energitätheten, en nyckelfaktor för att bestämma räckvidden för en EV. Energitätheten påverkar hur mycket energi ett batteri kan lagra, givet dess volym och vikt. Färska rapporter tyder på att litiumbatterier kan ha energitäthet upp till två eller tre gånger högre än litiumjonbatterier. Det leder till en längre räckvidd för elbilsförare.
Att utöka utbudet av elbilar är en primär fråga för sektorns intressenter. Ungefär 58 procent av förarna rapporterade att inte köpa elbilar på grund av räckviddsångest — rädslan för att bli strandsatt om elbilens batteri tar slut.
Denna fråga begränsar inte bara utvecklingen av elbilssektorn. Det globala samhället är mycket rörligt nuförtiden. Tyvärr bidrar transportsektorn upp till en femtedel till de globala växthusgasutsläppen. Enligt Parisavtalet har EU-länderna åtagit sig att minska utsläppen med 40 procent Decenniets slut. Därför har myndigheterna drivit på för en övergång till elektriska transporter.
En ny studie tyder på att det har skett en förändring i tankesätt bland förare, med många som blir mer säkra på räckvidden för sina elbilar. Framsteg inom elbilssektorn, inklusive utveckling av pålitliga batterier och laddningsinfrastruktur, kommer att uppmuntra fler att använda elbilar.
Analytiker pekar på potentialen för en kortare laddningstid med litium-metallbatterier. Litiumjonbatterier laddas i 30 minuter till flera timmar, beroende på EV-typ och laddningsinfrastruktur. Samtidigt finns det möjliga framsteg som gör att litium-metallbatterier kan laddas på flera minuter. Det gör tiden som krävs för att ladda en elbil jämförbar med att tanka ett bensindrivet fordon.
Innovationer till litium-metallbatterier kan också förlänga deras livslängd. Den fasta elektrolyten är mindre känslig för nedbrytning än den flytande elektrolyten. Denna utveckling kommer att gynna ägarna eftersom batteribyte är en av de dyraste kostnaderna för underhåll av elbilar.
Utmaningar för att använda litium-metallbatterier
Trots deras potentiella fördelar måste litium-metallbatterier övervinna flera hinder för utbredd användning i den globala elbilssektorn. Ett primärt problem bland användare är dendritbildning. Dendriter är grenliknande strukturer som kan uppträda på batteriets metallelektrodyta.
Dessa strukturer kan leda till kortslutning i batteriet, vilket kan utgöra en potentiell säkerhetsrisk. Dendriter kommer också att minska batteritiden. Experter föreslår olika strategier för att hantera dendritbildning på dessa batterier, som att applicera skyddande beläggningar på metallelektroden. Vissa håller också på att utveckla en ny fast elektrolyt som förhindrar dendriter.
Gränssnittsresistans är en annan fråga vid användningen av litium-metallbatterier i elbilar. Eftersom elektroder och fasta elektrolyter är sammansatta av spröd keramik kan de inte bilda tillräcklig kontakt.
Tokyo Metropolitan University har föreslagit att man använder aerosoldeposition vid utveckling av litium-metallbatterier. Denna process involverar acceleration av små bitar av katodmaterial mot ett lager av elektrolytmaterial. Kollisionen kommer att resultera i ett tätt lager med bättre gränssnittsmotstånd.
För närvarande måste batteritillverkare ta isär en batterienhet för att förstå dess nedbrytningsprocess. Forskare har föreslagit elektrokemisk impedansspektroskopi för att hantera detta problem. Denna metod gör det möjligt för batteritillverkare att utveckla nya solid state-batterier mer effektivt.
En annan fråga är hållbarheten i batteriproduktionsprocessen. Många människor har uttryckt oro över koldioxidavtrycket från gruvråvaror och tillverkning av elbilsbatterier. Flera tillverkare, inklusive svenska Northvolt, har implementerat cirkulära tillverkningsmetoder för att minska utsläppen.
Batteriåtervinning är en annan lösning för potentiella hållbarhetsproblem. Processen går ut på att utvinna råvaror från använda batterier. Återvinningsanläggningen kommer att skicka dessa användbara material till tillverkarna. De kan använda dem för att producera nya batterier eller andra produkter. 2021 gav Energimyndigheten en fond för att utveckla en storskalig batteriåtervinningsanläggning. Den nya anläggningen avslutades 2023.
Forskare föreslår alternativa material
Förutom litium har forskare också utvecklat alternativa material för elbilsbatterier. Flera företag undersöker potentialen för att installera natriumjonbatterier i elbilar. Ett natriumjonbatteri har liknande komponenter som ett litiumbatteri – anod, katod, elektrolyt och separator. Produktionsprocessen är också identisk.
Användare kan ta bort natriumjonbatterier från bilen, vilket förbättrar säkerheten. Det gör också laddning bekvämare i livliga områden med många elbilar. Dessutom är de material som behövs för att producera natriumjonbatterier billiga. Den största nackdelen är det begränsade räckvidden för natriumjonbatterier när de används i elbilar.
Det finska företaget Stora Enso utvecklar också ett träbaserat batteri. Råmaterialet som används i detta batteri är lignin, ett polymermaterial som människor kan hitta i träd. Polymeren utgör cirka 30 procent av trädet. Lignin innehåller kol, som är en viktig del av anoden. Batteritillverkare tillverkar vanligtvis anod med syntetisk grafit.
Enligt Stora Enso kan producenter få lignin från avfallsmassa. Pulen finns tillgänglig i en skogsprodukttillverkningsanläggning. Det minskar koldioxidavtrycket som skapas av batteriproduktion. Nya studier visar att användning av lignin som anodmaterial kan minska tiden som behövs för att ladda ett batteri.
Betydelsen av laddinfrastruktur
Trots nya framsteg inom elbilsbatterisektorn betonar experter fortfarande vikten av att utveckla en solid laddningsinfrastruktur. Enkel åtkomst till laddstationer gör att förarna känner sig mer bekväma att resa med sina elbilar.
Flera länder har lanserat offentliga program för att bygga nya laddningsanläggningar. Svenska Trafikförbundet ger till exempel bidrag som täcker kostnaderna för att bygga offentliga snabbladdningsstationer. Den svenska regeringen erbjuder även skatteavdrag för elbilsägare som har privat laddningsinfrastruktur hemma.
Experter har också uppmanat den privata sektorn att hjälpa till med laddningsinfrastruktur. De säger att det kommer att bli svårt för myndigheterna att själva hänga med i den växande efterfrågan på laddstationer. Sverige hade mindre än 800 offentliga laddanläggningar i hela landet i slutet av 2022. Samtidigt fanns det 95 000 nyregistrerade elbilar.) under samma period.
Nimbnet är en privat operatör som har som mål att stödja tillväxten av laddinfrastruktur i Sverige. Den betjänar privata personbilar och tunga fordon. Operatörens faciliteter rymmer snabbladdning för att minska väntetiden för förare. Nimbnet använder också hållbara kraftkällor för att driva sina laddstationer.