Batteriutvikling er utrolig spennende akkurat nå.

Professor Fichtner, batteriet er den viktigste delen av en elbil. Hvilken type egner seg best?

Et batteri som har den beste kombinasjonen av egenskaper for en bil og dens bruksområde. Disse egenskapene er lagringskapasitet, ladehastighet, kostnad, sikkerhet og bærekraft.
I luksusklassen teller lang rekkevidde mest. I kompaktklassen bør batteriet være vesentlig rimeligere, men det trenger ikke riktig så høy lagringskapasitet.

Det er begrenset plass til batteriet i en elbil. Hvordan bør batterisystemet være oppbygd for at samme størrelse skal gi høyere lagringskapasitet?

Noen produsenter arbeider med et design som kalles cell-to-pack eller cell-to-body. Det vil si at batteripakkene ikke lenger består av celler på størrelse med sjokoladeplater, men i stedet er på størrelse med planker. De større enhetene bruker mindre innpakningsmaterial, slik at det blir mer plass til det faktiske lagringsmaterialet. De oppnår en integrasjonstetthet på over 70 prosent, mens vanlige batterier oppnår bare ca. 50 prosent.
Elbilprodusenter som ønsker å utvikle egne batterier, kan ta i bruk slike teknologiske fremskritt fra start. Det handler jo ikke om den enkelte battericellen, men om å konstruere celler som både er så plassbesparende og så store som mulig.

Hvilke fremskritt forventer du innen batteriutvikling de neste årene?

Vi forventer at fremskrittene kommer i rykk og napp. De første batteripakkene fra to kinesiske produsenter er varslet å komme i 2023. De skal gjøre det mulig med en rekkevidde på over 1000 kilometer. Samtidig forventes det at under 10 minutters lading av dem skal kunne øke rekkevidden med 700 kilometer.Selv jeg som forsker er overrasket over denne utviklingen. Den vil være et fremskritt innen batteriteknologi, og det er ikke basert på avansert ny batterikjemi, men på teknologiske tiltak.

Ladeeffekt blir ofte oversett. Hva er sammenhengen mellom ladehastighet og batteriteknologi?
Det er sant, du kjører jo sjelden 600 kilometer i ett strekk. Så det er viktig at store batterier kan lade raskt. Det er det det egentlig handler om, når alt kommer til alt. Når du kan lade elbilen fra 10 til 80 prosent på bare 10 minutter, er det over og ut med forbrenningsmotoren.
Noen materialer gir kortere ladetid, mens andre gir lengre. Teknisk sett beveger litiumioner seg fra katoden til anoden under lading, og anoden lagrer litiumioner når batteriet lades.
I dag brukes et grafittlag på anoden. Det fins batteriprodusenter som ønsker å bruke komposittmaterialer av silikonkarbon i stedet, siden de gir mye raskere lading, selv ved lave temperaturer. Det er et stort utviklingspotensial når det gjelder materialer. Bare ved å endre materialet på anoden vil hele cellen få 30 prosent høyere lagringskapasitet. Så vi har fortsatt utrolige utviklingsmuligheter foran oss.
Men hvis du vil lade et batteri på 60 kWh på 10 minutter, trenger du en lader med en effekt på 360 kW. Så akkurat nå er det ikke batterikapasiteten som er begrenset, men snarere ladeinfrastrukturen.

Batteriene i smarttelefoner får merkbart lavere kapasitet etter to–tre år med hyppig bruk. Hvor lang levetid har et elbilbatteri?
De batteriene er helt annerledes, og smarttelefoner er faktisk laget for å bli byttet ut etter tre år. Batteristyringssystemet i en elbil er mye smartere, og batteriet er beskyttet på mange måter mot overoppheting og annen skadelig påvirkning. Blant annet har batteriet intelligent ladestyring.
Studier av nyere biler viser at vanligvis vil 95 prosent av batteriets restkapasitet fortsatt være tilgjengelig etter fem år. Høyenergibatteriet i en elbil er konstruert for å tåle 2000 fulle ladesykluser. For eksempel er 2000 ganger en rekkevidde på 500 kilometer lik en kapasitet på 1 million kilometer.
Etter de 2000 syklusene vil batteriets restkapasitet være 80 prosent. Da sier vi at batteriets levetid er over. Men batteriet er langt fra ødelagt og kan fortsatt gjøre en god jobb i ti år til, f.eks. som stasjonær lagringsenhet i et solcelleanlegg.

Det bygges gigantiske batterifabrikker rundt om i verden. Kommer det til å være nok råstoffer til produksjonen av battericeller de neste årene og tiårene?
Per i dag er tilgangen god nok. Men produksjonskapasiteten er ennå ikke tilpasset det raskt økende behovet, så noen råstoffer kan bli en flaskehals. Vi forskere forsøker å motvirke denne situasjonen, f.eks. ved å fjerne kobolt fullstendig fra nye batterier og delvis erstatte litium med natrium i fremtiden. Det vil redusere faren for mangel på råstoffer betydelig.
For tiden planlegges elleve gigantiske batterifabrikker i Tyskland. Det er flere enn i noe annet land. Det er store muligheter for å gjøre det som er riktig. Spørsmålet er: Vil disse gigantiske fabrikkene bare produsere celler eller hele batterisystemet?

Hvor viktig er resirkuleringsprosessen for brukte batterier i denne sammenhengen?
Veldig viktig. Det estimeres at fra ca. 2034 vil halvparten av råstoffene som trengs, allerede ha blitt resirkulert. I Europa er det i dag 38 resirkuleringsanlegg for batterier som utvikler nye prosesser og utvider kapasiteten. Med det store antallet elbilbatterier som kommer til å trenge resirkulering rundt 2035, må de være forberedt.

Batteriet utgjør en stor del av kostnaden for en elbil. Hva skal til for å redusere denne kostnaden?
For å få til det må vi bruke billigere materialer, f.eks. råstoffer som det er bedre tilgang til, som fins over hele verden, og som kan utvinnes uten fare. I tillegg må produsentene utvikle nye energi- og tidsbesparende prosesser.
Ved siden av overgangen til mer bærekraftige materialer er kostnadsreduksjon en hovedtrend innen batteriproduksjon. Det gjelder overalt: mindre plass, mindre energi, mindre tidsbruk. Det skjer mye innen utvikling, og det skjer ofte raskere enn du skulle tro. Batteriutvikling er utrolig spennende akkurat nå.