Elekt­ri­fie­rin­gen i energibranschen utvecklar ett helt nytt ekosystem

Inom den växande batteriindustrin är det främst industrin för litiumjonbatterier som utvecklas snabbt. Marknadens storlek fortsätter att öka i snabb takt, med ett årligt genomsnitt på nästan 10 % prissatt i USD. Volymmässigt var den globala litiumjonproduktionen cirka 750 GWh under 2020, och prognosen för 2025 är 2 500 GWh.

”Den enorma utbyggnaden av batteriproduktionen kommer att sänka kostnaderna. Prisutvecklingen stöds av att fler fabriker byggs närmare nyckelmarknaderna, vilket förkortar transporterna”, säger Etteplans Director of Battery Technologies Anton Nytén.

Den främsta riskfaktorn är produktsäkerheten. Användare av batteriteknik ska inte behöva oroa sig för att batterierna utgör en fara för dem eller för miljön. Säkra system kan bara uppnås genom rigorös konstruktion, batteridesign och slutligen tillverkningsprocesser som följer standarder och regler från utvecklingsprocessens början.

Den viktigaste säkerhetsutmaningen är värmehanteringen av litiumjonbatterier. Termisk rusning, en kedjereaktion där värmen ökar och det inte finns något sätt att stoppa den, uppstår ur tillverkningsdefekter, dålig design eller extern felanvändning.

”En bra temperaturhantering är väldigt viktig. Temperaturen påverkar batteriet mest, både livslängd och säkerhet. Temperaturen bör aldrig överstiga specifikationen, och det bör inte heller uppstå en temperaturgradient i batteriet”, säger Anton Nytén.

Utvecklare och tillverkare av batterier har ett stort ansvar för att förhindra alla potentiella orsaker bakom incidenter med termisk rusning.

Batteri- och energiindustrin går hand i hand med laddinfrastrukturen. En bra laddinfrastruktur för elfordon kräver god balansering för att ge en bra kundupplevelse och effektivitet i alla varianter av laddstandarder.

Laddningen ska gå snabbt och bekvämt, och kostnadshanteringen ska vara enkel. För vissa kunder är det också viktigt att ansluta laddningssystemet till en Fleet Management-plattform.

”Snabbladdning producerar ganska mycket värme, och temperaturen är den största fienden för batteriets livslängd. Det är en hårfin gräns för hur mycket snabbladdning man kan använda utan att förkorta livslängden. Att ladda fullt är också en dålig idé”, berättar Anton Nytén.

Elmotorer använder växelström (AC), medan batteriet behöver få sin elektricitet i likström (DC). Vid laddning från elnätet används alltid växelström. Omvandlingen kan ske i fordonet eller utanför, vid laddaren.

Behovet av omvandling orsakar flera problem. Den vanliga lösningen är att utrusta fordonen med en växelriktare som omvandlar växelström till likström, för att kunna ladda direkt från elnätet. Omvandlarna saktar dock ner tiden för att ladda en elbil full, och AC-laddare levererar ofta mindre än 22 kW effekt.

För att lösa problemet har man alltid använt universella externa DC-laddare. De ger snabb och enkel laddning, men universella lösningar begränsar både laddningshastigheten och effekten. Likströmsladdning medför också ett annat problem: att man slår i elnätets maxeffekt. Om flera elbilar laddas samtidigt på samma plats, kommer elnätet till slut behöva skydda sig från överbe-lastning och minska effekten det levererar.

Storskaliga system för batterilagring är nödvändiga för att balansera den fluktuerande produktionen av förnybar energi. För allmännyttiga företag leder ett kort, stort överskott till en ohälsosam ekonomisk situation.

Inte undra på att lagring av el drar till sig mycket uppmärksamhet. Om överskottsenergin kan lagras, kan den säljas när vindarna är svaga, på natten eller när solen inte skiner. I Storbritannien uppskattas till exempel batterilagring kunna spara upp till £40 miljarder för det nationella energisystemet fram till 2050.

Flottan med elfordon utgör förvånansvärt nog ett alternativ för lagring av förnybar energi. År 2040 kommer batterierna globalt i elfordon ha en lagringskapacitet på över 30 TWh.

Teoretiskt sett skulle elbilarna kunna lagra överskottet av förnybar energi. I praktiken är denna enorma energipool dock inte tillgänglig för elnätet utan vidare. Det skulle kräva dubbelriktad laddning genom ett fordon-till-nät-system (V2G), som gör det möjligt att skicka tillbaka elektricitet till elnätet i ”rusningstid”. För att inte störa fordonets ägare kan det endast ske när batterierna är fulladdade.

När litiumjonbatterierna i ett fordon har försämrats till en punkt då de inte längre är användbara, kan de dessutom återanvändas. Fordonsföretagen testar redan återvunna litiumjonbatterier som har införlivats i stationära energilagringssystem.

”Oavsett vilken position man har i industrin, måste man se till att hela leveranskedjan ökar produktionen. Om man arbetar med montering av något batteribaserat måste man leverera rätt typ av battericeller. Om man är batteriproducent måste man ha tillräckligt med råvaror, som litium, kobolt och nickel – inte så vanliga metaller”, säger Anton Nytén.

Utöver befintlig ingenjörskompetens behöver företagen en blandning av expertis inom batteriteknik, laddning, energilagring och elmotorer. De måste vara medvetna om lagkrav på batterier och laddare, standarder för produktsäkerhet och cybersäkerhet för applikationer. Dessutom måste alla ta hänsyn till hela värdekedjan, från råmaterial till laddinfrastruktur och återvinning.