Batterier har blivit superhett – och svenska forskare ligger i framkant. Vid Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet och Chalmers sker världsledande forskning för att få morgondagens batterier att hålla längre, leverera mer energi och laddas snabbare.
Publicerad:
Text: Joakim Rådström
Ökat miljöfokus och mer elektrifiering i samhället kräver lösningar för hållbar energilagring. Det är här batterierna kommer in. I Skellefteå byggs Northvolts nya fabrik för elbilsbatterier, komplett med världens största anläggning för batteriåtervinning. Och på flera håll i landet bedrivs forskning i absolut toppklass för att uppnå allt bättre batterier.
– Vi har haft batteriforskning i Sverige väldigt länge, och batteritillverkning i över 100 år. Men idag finns mer tillverkning i Asien, liksom på vissa håll i Europa. Som i Tyskland, eller i Frankrike, där jag också jobbar, säger Patrik Johansson.
Han är professor i materialfysik vid Chalmers och har hållit på med batteriforskning i runt 25 år. Idag arbetar han och hans forskargrupp mest kring nästa generations batterier, med särskilt fokus på de ingående materialen.
– All grundläggande prestanda kommer ursprungligen från materialen. Vi tittar idag oerhört brett på nya batterikoncept och material, tänkta för både fordon och storskalig lagring. Vår specialitet är att undersöka och formulera nya elektrolyter, säger Patrik Johansson.
Gröna batterier
Elektrolyter är det som sammanbinder och samtidigt separerar elektroderna i ett batteri (se faktaruta). En annan specialitet i Patrik Johanssons team är forskning på metall-organiska elektroder, med redoxaktiva polymerer och metaller som elektroder. Syftet med detta är inte minst att göra batterierna ännu lite grönare.
– Redan idag minskar andelen miljöskadliga eller ohållbart framtagna material i batterierna, såsom kobolt, drastiskt, berättar Patrik Johansson.
Detta är en nyckelfråga inom batteribranschen. Kobolt kommer idag huvudsakligen från det konflikthärjade och utfattiga Kongo-Kinshasa, där det bryts av både vuxna och barn till ringa ersättning under säkerhetsmässigt usla förhållanden. Att utvinningen kan fortsätta beror på att kobolt är en så värdefull metall, särskilt för batteritillverkning.
– Kobolt är det som gör att återvinning idag blir lönsamt, tillsammans med nickel och koppar. Och tar man bort kobolt helt får man batterier som inte har samma säkerhet eller samma långtidsstabilitet, säger Kristina Edström, professor i oorganisk kemi vid Uppsala universitet.
Mindre kobolt i batterier
Samtidigt är ett hett forskningsområde just att hitta alternativ till kobolt i batterier. Ett annat fokus är att åtminstone minska andelen kobolt i batterier.
– Det är också viktigt att man lyfter forskning om återvinning. Men man måste ha en viss del jungfrulig råvara. Det här tas upp i den nyligen utgivna svenska batteristrategin, där jag deltog i arbetet, säger Kristina Edström.
En annan viktig råvara är litium, som bland annat används i de vanliga litium-jon-batterierna. Denna finns dock redan på många håll i Europa, bland annat i form av goda fyndigheter i Portugal och Finland.
– Men nästa fråga är när den kommer att vara lönsam att bruka, lägger Kristina Edström till. Idag får vi annars merparten av vårt litium bland annat från vackra saltsjöar i Chile.
Kristina Edströms forskning har rönt stor uppmärksamhet, och hon tilldelades förra året Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademiens (IVA) guldmedalj för sin gärning. Dessförinnan har hon bland annat mottagit KTH:s stora pris 2018 och Rudbeckmedaljen 2019. Hon leder sedan flera år tillbaka en stor forskargrupp inom batteriforskning på Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet.
– Idag är vi kanske 90 personer; när jag tog över var vi runt 20. Men från att det var jag som hade alla anslag och drog in alla pengar har vi nu utvecklat ett gäng med duktiga lite yngre forskare med egna anslag, säger hon.
Forskning inom Battery 2030+
Som forskare är Kristina Edström internationellt synlig, och leder ett stort forskningsinitiativ inom ramen för EU. Programmet, Battery 2030+, har en budget på motsvarande över 400 miljoner kronor som ska fördelas på hela 102 parter.
– Vi startade skarpt 1 september förra året, och nu jag ska ju få alla dessa att känna sig delaktiga mitt i coronatider, berättar hon.
Ytterligare ett av Kristina Edströms engagemang är uppbyggnaden av det svenska kompetenscentret Batteries Sweden (BASE), där bland annat flera svenska lärosäten medverkar, liksom forskningsinstitutet RISE. Dessutom ingår flera företag från hela batterivärdekedjan, som batteritillverkarna Northvolt och Saft, uppstartsföretaget Altris, fordonstillverkarna Volvo och Scania och många fler företag.
– Fordonsindustrin driver nu batteriutvecklingen starkt framåt, säger Kristina Edström.
Längre räckvidd
Hon pekar samtidigt på att vi redan har effektiva och upparbetade värdekedjor för flera batterimaterial, inklusive återvinning. Därför kan det på kort sikt vara hållbarhetsmässigt sämre att helt utesluta dem i batterier. Däremot måste utvinningsprocesser och recirkulering fortsätta effektiviseras.
I nästa steg gäller det att koppla samman flera battericeller för att göra hela system av dem. Detta görs redan bland annat i det så kallade Swedish Electromobility Centre, där materialforskare samarbetar nära elektroteknikforskare. En stor fråga för centrets forskare är att undersöka hur man får mer snabbladdande batterier, och samtidigt optimera dessa mot batteriernas åldrande och livslängd.
Även räckvidd är ett viktigt forskningsområde, det vill säga hur långt man kan komma med ett batteri i en elbil. Bland annat försöker man där hitta nya materialkemier eller byta ut materialen helt för att uppnå längre räckvidd. I dagsläget har elbilarna på marknaden som mest en räckvidd på cirka 65 mil, men teknikutvecklingen går snabbt framåt.
3 snabba frågor till Kristina Edström
Batteriforskaren Kristina Edström är professor i oorganisk kemi vid Uppsala universitet.
1. Varför kom du att intressera dig för batteriforskning?
Att få studera komplicerade processer i material som kan användas till batterier lockade mig när litiumjon-batteriforskningen började ta fart på riktigt i mitten av 1990-talet. Det har sedan dess fortsatt att tjusa mig.
2. Ditt tips för att få batterier att hålla längre?
Undvik att snabbladda vid låga temperaturer. Se till att inte glömma laptops eller mobiltelefoner i en varm bil en sommardag. Om du kör elbil: undvik kraftiga accelerationer och kör din bil lugnt och stabilt. Hitta skugga för din elbil under varma sommardagar. Om du inte behöver ditt batteri på ett tag är det skadligaste läget att det är fulladdat – att förvara det till hälften urladdat är den bästa nivån.
3. Vilken är din favoritpryl som drivs med batterier?
Min nya elbil. Så rolig att köra, tyst och luktar ingenting!
