Natrium‑ionbatterier er på vej op, men lithium‑ion kan blive ved på grund af indium

Genoplivning af lithium‑ion?

En nylig opdagelse af forskere ved Cornell University kan bringe lithium‑ion‑teknologien tilbage i konkurrencen om den perfekte batteriteknologi. De har fundet ud af, at brug af et indium‑anodemateriale vil muliggøre ekstremt hurtig opladning af lithium‑ion‑batterier.

Dette type batterier har indtil nu domineret designet af batterier til små elektroniske enheder og tidlige elbilmodeller. Dog har visse begrænsninger i teknologien fået industrien til at søge efter alternativer, herunder natrium‑ion‑ eller fast‑state‑batterier. Ved at bruge indium ville et centralt problem for masseadoption af elbiler – rækkeviddeangst – blive fjernet. De fleste elbilbrugere er bekymrede for, at batteriet løber tør, før de når en ladestation. Derfor søger de ofte efter en meget kraftig batteripakke, hvilket tilføjer vægt og omkostninger til bilen.

Et andet problem er den tid, det tager at oplade batteriet. Dette kan være en alvorlig bekymring ved langdistancerejser eller kommercielle anvendelser. Det reducerer også tilgængeligheden af ladestationer, da hver “fuld tank” tager tid og holder elbilens oplader utilgængelig.

Derfor kan en hurtigere opladende lithium‑ion‑batteriteknologi hjælpe med at reducere omkostningerne ved elbiler, lindre rækkeviddeangst og forbedre kapaciteten i ladeinfrastrukturen.

Indium‑batterier til redning?

Forskningen blev udført af Lynden A. Archers team ved Cornell’s Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering, med hovedforfatteren Shuo Jin, en ph.d.-studerende i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab.

I deres publikation “Fast-charge, long-duration storage in lithium batteries” forklarer de deres tilgang. De fokuserede på kinetikken (hastigheden) af elektrokemiske reaktioner, specifikt “Damköhler‑tallet”. Ved at undersøge solid‑state transporthastigheder fandt de, at indium var en meget god kandidat til hurtigopladningsbatterier. I øjeblikket bruges indium primært i LCD‑skærme og andre højteknologiske anvendelser som fotovoltaik, kryogenik og kontrolstænger i atomreaktorer.

Indium er et godt metal til brug i anoder på grund af sin hurtige diffusion og langsomme overflade‑reaktionskinetik, hvilket giver hurtig opladning af batteriet.

Indium – et første skridt mod AI‑designede batterier?

Indium‑anoder kunne gøre det muligt at reducere rækkeviddeangst, hvilket igen ville mindske behovet for meget store og tunge batteripakker. Dog er indium selv et meget tungt og tæt metal.

Dette er grunden til, at Pr Archer også betragter sit teams opdagelse om indium som et udgangspunkt.

“Der ligger en mulighed for beregningskemi‑modellering, måske ved brug af generative AI‑værktøjer, for at finde ud af, hvilke andre letvægtsmaterialers kemier der kan opnå de samme indfødte lave Damköhler‑tal.

For eksempel, findes der metallegeringer, vi aldrig har studeret, som har de ønskede egenskaber?”

Udnyttelse af AI‑fremskridt til at finde nye batterimaterialer er en realistisk idé, som vist af forskere fra PNNL (Pacific Northwest National Laboratory). I vores artikel “Changing the Timeline for Discoveries through Use of Artificial Intelligence (AI)” diskuterede vi, hvordan de brugte flere forudsigende kemiske AI‑systemer til at gennemgå 32 millioner idéer på mindre end 80 timer, hvilket førte til opdagelsen af et nyt batterielektrolyt.

Måske kan den samme teknik anvendes, med fokus på Damköhler‑tallet, for at finde materialer, der præsterer lige så godt som indium, men er mindre tunge.

Batteriers livscykluslagre

1. Arcadium Lithium (Sammenslutning af Allkem + Livent)

Arcadium er resultatet af en fusion af ligestillede mellem litiumminedriftens ledere Allkem og Livent, hvilket gør det til verdens tredje største litiumproducent. Fusionen skaber en virksomhed, der er til stede i alle trin af litiumproduktion og -forarbejdning.

Virksomhedens produktion er primært placeret i Argentina, i litium‑trianglen (Chile, Argentina, Bolivia) i form af brine, med noget hård‑stens‑litium i Canada og Australien.

Kilde: Arcadium

Litium er en råvare, der for nylig har lidt under lave priser, da store bilproducenter som Ford eller GM har sænket deres planer for elbiler. Samtidig bliver kinesiske elbilproducenter som BYD beskyldt for at oversvømme udenlandske markeder med lavpris‑elbiler, hvilket kan udløse en ny bølge af elbiladoption i de kommende år. For eksempel den €10.000 BYD Seagull, der ankommer til Europa i år.

Så den nuværende prisnedgang i litium er måske ikke permanent.

2. CATL

CATL er den globale leder inden for batteriproduktion og producerer mere end halvdelen af den globale batterivolumen. Virksomheden er til stede i alle trin af batteriproduktionens forsyningskæde og er en førende inden for batteriteknologi.

Dette gælder for lithium‑ion‑batterier, hvor virksomheden er en veletableret leder. CATL har også annonceret imponerende fremskridt inden for flere andre batterityper :

• Et 12.000‑cyklers ultra‑langtidsholdbart batteri til energilagring i stor skala, med 18.000 cyklusser som langsigtet mål.
• Et 700 km LFP‑batteri (Lithium‑jern‑fosfat), der oplader 400 km rækkevidde på 10 minutter.
• Et 500 Wh/kg batteri, som potentielt kan muliggøre elektrificering af passagerfly.
• Masseproduktion af natrium‑ion‑batterier på 160 Wh/kg, med et mål på 200 Wh/kg.

Kilde: CATL

CATL har også investeret €3.25B i batterigenanvendelseskapacitet i Kina. CATL har bemærkelsesværdigt opnået en fremragende genvindingsrate på 99,6 % for nikkel, kobolt, mangan, og 91 % for litium.

Takket være sin skala, fokus og FoU‑resultater er CATL sandsynligvis i frontlinjen for batteriinovation, -produktion og -genanvendelse. Dette gør dem til en vigtig partner for elbilproducenter, herunder Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis osv.

3. BYD

BYD, som i lang tid har udfordret Tesla på elbilmarkedet, er blevet en seriøs konkurrent ikke kun for Tesla, men for stort set alle bilproducenter.

Virksomheden udviklede sig fra sin oprindelse som leverandør af telefonbatterier til at sælge næsten lige så mange elbiler som Tesla i Kina (verdens største elbilmarked) og være den bedst‑sælgende elbil i Thailand, Sverige, Australien, New Zealand, Singapore, Israel og Brasilien.

BYD er en stor del af årsagen til, at Kina pludselig blev verdens største bilud exporter i 2023 og overgik Japan. Virksomhedens aggressive udenlandske ekspansion understøttes også af nye fabrikker, som i Ungarn. Og med udgivelsen af $10.000‑$12.000 biler som Seagul kan et helt nyt marked åbne for BYD‑elbiler.

Kilde: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=142412738

Alligevel er BYD i sin kerne en batteriproducent og en seriøs udfordrer til CATL på LFP‑batterimarkedet med en markedsandel på 41,1 % i Kina (sammenlignet med CATL’s 33,9 %).

‘Floden’ af billige elbiler produceret af BYD på de europæiske og amerikanske markeder vil sandsynligvis møde en vis beskyttelsesisme, hvilket kan hæmme BYD’s vækst. Men samtidig er billige kinesiske elbiler allerede en stor succes i resten af verden, hvor der ikke er mange indenlandske bilproducenter at beskytte, herunder hele Sydamerika, Rusland, Afrika, Mellemøsten og Sydøstasien.

Dette udgør flere milliarder potentielle kunder for BYD, som bor i lande, der ønsker at opretholde en geopolitisk balance og holde gode relationer både med Vesten og Kina, så det er usandsynligt, at der opstår for stærke protektionistiske barrierer.