Batterier

Ett elbilsbatteri kan väga upp till 400 kilo och kräver litium, kobolt, nickel och grafit. Varje komponent har sitt eget CO₂-avtryck, och återvinning är fortfarande i sin linda. 

Den verkliga miljövinsten syns först efter cirka 10 000 mils körning.

Vilka material kan komma att användas i framtida batterier?

Varje cell i litium-jon-batteriet består av två elektroder, en separator och elektrolyt. En av elektroderna är gjord av grafit, medan den andra är en förening av litium, nickel, mangan och kobolt.

I slutändan är målet att ersätta grafit som anod i batterier och använda kisel, som har tio gånger kapaciteten. Genom att använda detta hybridmaterial förbättras batteriets prestanda medan kiselmaterialet produceras hållbart av kornskalaska.

Elbilsbatterier innehåller flera viktiga metaller som det kommer behöva brytas betydligt mer av, bland andra litium, grafit och kobolt. En fråga som många tvistar om är dock om det är möjligt att öka utvinningen av metaller utan att utsläppsmålen spricker eftersom gruvor och metalltillverkning redan i dag står för en ansenlig del av de globala koldioxidutsläppen.

Idag står batteritillverkning för över hälften av den globala efterfrågan på metallerna kobolt och litium. En efterfrågan som sannolikt kommer att öka markant de kommande åren som en direkt konsekvens av den ökande elektrifieringen.

– Generellt kan man säga att elbilsboomen leder till väldiga metallbehov som innebär omfattande ingrepp. Dessutom genererar själva gruvverksamheten och utvinningen av metallerna från malmen stora koldioxidutsläpp. Enligt beräkningar landar hela gruv- och metallsektorn globalt på ungefär tio procent av koldioxidutsläppen, i Sverige är det fjorton procent.Med tanke på att de globala utsläppen måste ned med ungefär 80 procent. Om man då tänker sig att den här metallanvändningen fortsätter att öka i den enormt snabba takt som den har ökat sedan 2000, då har vi även ur klimatsynvinkel ett riktigt stort problem.
–  Vi kan nog kapa hälften av koldioxidutsläppen.
Men det löser inte problemen med utvinning av metaller och mineraler.

I Sverige finns också både fyndigheter och intresse för utvinning. Men en tidigare genomgång i Sveriges Natur visade att 47 procent av alla tillstånd att leta efter kobolt här krockar med natur­intressen. Till det kommer det omtvistade området i Kiskamavaara, i närheten av Vittangiälven i Kiruna kommun, där naturintresset fick ge vika redan innan det kunde få skydd, de som ville leta efter kobolt hann före.

Ännu längre fram i tiden kan det bli möjligt att ersätta dagens litiumjonbatterier helt med någon annan form av batteri. Nu ska en grupp internationella forskare ledda av Chalmers i Göteborg titta närmare på så kallade litiummetallbatterier.

Den största fördelen med så kallade litiummetallbatterier är enligt forskarna att energitätheten kan bli mellan tre och fem gånger högre, eftersom batteriets anod består av en tunn metallfolie istället för att metallen lagras i grafit.

Det innebär att batteriet kan göras både mindre och lättare trots att räckvidden blir densamma som för dagens litiumjonbatterier.

Högspänningsbatterier i elbilar och laddhybrider består av många celler och är vanligtvis placerade under bagageutrymmet eller golvet. Hela fordonsindustrin håller på att växla över från fossilbränslen till eldrivna bilar. Men att tillverka batterier är inte en klimatneutral process, inte heller att producera el.

Varje cell i litium-jon-batteriet består av två elektroder, en separator och elektrolyt. En av elektroderna är gjord av grafit, medan den andra är en förening av litium, nickel, mangan och kobolt.

Produktionen av litium och kobolt förknippas med dåliga arbetsförhållande och miljöförstöring. Utvinningen av kobolt och litium är tyvärr förknippad med både miljöförstöring och ibland också direkt anskrämliga arbetsförhållande.
Enligt de nya beräkningarna släpper tillverkningen av litiumjonbatterier i snitt ut någonstans mellan 61-106 kilo koldioxidekvivalenter per producerad kilowattimme batterikapacitet. Om data som är mindre transparenta tas med i beräkningarna blir det övre värdet högre; 146 kilo koldioxidekvivalenter per producerad kilowattimme.

Att använda grön el är fortfarande ovanligt i dagens batteritillverkning men håller på att utvecklas i takt med att kraven ökar. För att komma ner under 60 kilo behövs också lägre utsläpp från brytningen och upparbetningen av grundråvarorna och mer andel återvunna material.

– Gruvdrift kan ha stor miljömässig och social belastning. Batterierna innehåller metaller som litium och oftast även kobolt, nickel och mangan. Det behövs mer information om miljöpåverkan kopplat till metallförsörjningskedjorna samt bättre spårbarhet för att säkerställa en hållbar produktion längs hela kedjan.

Nu börjar revulotionen

Forskningen har inte stått stilla. Det har forskats på många nya material och tekniker, med förhoppningen att hitta nästa batteri som kan förändra vår elektroniska vardag.

Nu ser det ut som om arbetet äntligen har burit frukt. Två tekniker som visar sig vara mycket lovande: kiselanoder och solid state.

Ett företag som påstår sig ha löst problemet med solid state batterier är QuantumScape. De har Volkswagen som en av deras största investerare.

Kiselanoder

Det handlar inte om ett helt nytt batteri från grunden, utan om en vidareutveckling av litiumjonbatteriet. Det är pluspolen (katoden) som innehåller litiumoxid och ger batteriet dess namn. Minuspolen (anoden) är idag av grafit, en mjuk typ av kol.

Under de senaste åren har det visat sig att grafiten i anoden med fördel kan bytas ut mot kisel. Kisel kan absorbera energi med upp till tio gånger så hög täthet som grafit! Och eftersom det är fullt av kisel i jordskorpan (det är bara syre som det finns mer av i marken), är det billigt att få tag i.