”Batteriudviklingen er ekstremt spændende lige nu.”

Professor Fichtner, batterierne er den vigtigste del af en elbil. Hvilken slags er den bedste til dette formål? 

Et batteri, som kombinerer de bedste egenskaber for lagringskapacitet, hurtig opladning, lave omkostninger, sikkerhed og bæredygtighed, afhængigt af bilen og dens anvendelsesformål. 

I luksusklassen er det en lang rækkevidde, der tæller. I den kompakte klasse skal batteriet være markant billigere, men det behøver ikke at byde på helt så meget lagringskapacitet. 

Der er kun begrænset plads til et batteri i en elbil. Hvilken konstruktion skal man gå efter for at opnå endnu mere lagringskapacitet i et batteri af samme størrelse? 

Nogle producenter arbejder med det såkaldte ”cell-to-pack-design” eller ”cell-to-body-design”, dvs., at batteripakker ikke længere består af celler på størrelse med en chokoladebar, men i stedet på størrelse med en planke. Sådanne større enheder kræver mindre emballeringsmateriale og giver dermed mere plads til det reelle lagringsmateriale. De opnår en integrationstæthed på over 70 %, mens almindelige batterier kun opnår omkring 50 %. 

Elbilsproducenter med en målsætning om at udvikle deres egne batterier kan tage hensyn til disse teknologiske spring lige fra begyndelsen. I den sidste ende handler det ikke om den enkelte battericelle, men mere om at bygge celler, som er pladsbesparende og alligevel så store som muligt. 

Hvilken form for fremskridt forventer du at se i batterierne i de kommende år? 

Vi forventer at gøre hurtige og store fremskridt. De første batteripakker med en rækkevidde på over 1000 km er planlagt til lancering i 2023 fra to kinesiske producenter. Samtidig forventes de at kunne oplade en rækkevidde på 700 km på under 10 min. 

Som forsker er jeg selv overrasket over den dynamik, der er i udviklingen. Dette ville være et stort spring inden for batteriteknologien, som endda ikke er baseret på smarte nye kemiske løsninger i batterierne, men i stedet på teknologiske tiltag. 

Ladeeffekten bliver ofte undervurderet. Hvad er forbindelsen mellem ladehastighed og batteriteknologi? 

Det er rigtigt, for man kører sjældent 600 km i et stræk. Derfor er det vigtigt for store batterier, at de kan oplades hurtigt. I sidste ende er det det, som det egentlig handler om. Når du kan oplade din elbils batteri fra 10 til 80 % på blot 10 min., så er det slut med forbrændingsmotoren. 

Der findes materialer, som gør det muligt at oplade batterierne hurtigere, mens andre vil tage længere tid. Teknisk set bevæger litium-ioner sig fra katoden til anoden under opladning, og anoden lagrer litium-ioner, når batteriet er ladet op. 

På nuværende tidspunkt tilføres der et grafitlag til anoden. Der findes batteriproducenter, som gerne vil anvende silikone-kulstof-kompositmaterialer i stedet for, da de kan oplades meget hurtigere, selv ved lave temperaturer. Der er et stort udviklingspotentiale, når det gælder materialerne. Ved alene at ændre materialet til anoden kan cellen som helhed opnå 30 % mere lagringskapacitet. Så der ligger stadig utrolige gennembrud foran os. 

Men bortset fra det, så har man brug for en elbilsladestander med en ladeeffekt på 360 kW, hvis man vil oplade et 60 kWh-batteri på 10 min. Så lige nu er det ikke batterieffekten, der er begrænset, men nærmere infrastrukturen til opladning af elbiler. 

Når det gælder smartphones, så falder batteriets præstationer markant efter 2 eller 3 års hyppig brug. Hvor lang er et elbilsbatteris levetid? 

Den slags batterier er meget anderledes, og smartphones er faktisk konstrueret til at skulle skiftes ud efter 3 år. I en elbil er batteristyringssystemet meget mere intelligent, og batteriet er beskyttet mod overophedning og andre skadelige påvirkninger på mange måder, som fx via den intelligente opladningsstyring. 

Undersøgelser af nyere biler viser, at efter 5 år er 95 % af batteriets oprindelige kapacitet sædvanligvis stadig til rådighed. Drivbatteriet i en elbil er konstrueret til at kunne fuldføre 2000 fulde cyklusser. Eksempelvis giver 2000 gange en rækkevidde på 500 km en kapacitet på 1 million km. 

Efter disse 2000 fulde cyklusser når batteriet en grænse på 80 % tilbageværende kapacitet, hvilket anses for afslutningen på et batteris levetid. Men batteriet er så langt fra defekt og kan stadig udføre et godt stykke arbejde i yderligere 10 år i et stationært lagringssystem til eksempelvis solcelle- eller vindkraftanlæg.

Der bygges gigafabrikker til batteriproduktion over hele verden. Vil der være tilstrækkeligt med råmaterialer til produktionen af celler i de kommende år eller årtier? 

For nuværende er der tilstrækkelige mængder til rådighed. Men produktionskapaciteten er endnu ikke blevet tilpasset til den hurtige stigning i efterspørgslen, og derfor kan der opstå flaskehalse på visse områder. Som forskere forsøger vi at afhjælpe denne situation ved eksempelvis at eliminere kobolt komplet fra de nye batterier og ved i et vist omfang at erstatte litium med sodium i fremtiden. Det er noget, som vil reducere den potentielle mangel på råmaterialer markant. 

Der er p.t. planer om 11 gigafabrikker til batterier i Tyskland, og det er uden sidestykke. Der er et kæmpe potentiale i at gøre det rigtige. Det afgørende spørgsmål er: Kommer disse gigafabrikker kun til at producere celler, eller kommer de til at dække hele systemet? 

Hvor vigtig er genanvendelsesprocessen for brugte batterier i denne sammenhæng? 

Meget vigtig. Det vurderes, at fra omkring 2034 vil allerede halvdelen af de nødvendige råmaterialer blive genbrugt. Der findes p.t. 38 batterigenanvendelsesfabrikker i Europa, som udvikler nye processer og udvider deres kapacitet. Når de store mængder af elbilsbatterier skal genanvendes i midten af 2030’erne, skal de være klar. 

Batteriet står for en stor del af omkostningerne ved en elbil. Hvad skal der til for at få disse omkostninger bragt ned? 

Til det formål er det nødvendigt at anvende billigere materialer, dvs. råmaterialer, som er almindeligt forekommende, findes over hele verden og kan udvindes ukritisk. Derudover skal producenterne udvikle nye energi- og tidsbesparende processer. 

Ud over skiftet til mere bæredygtige materialer er omkostningsreduktionen den store trend inden for batteriproduktion. Det gælder overalt: mindre plads, mindre energi, mindre tid. Der sker en hel masse i udviklingen, og det sker hurtigere, end man nogle gange tænker sig. Batteriudviklingen er ekstremt spændende lige nu.