Sodiamjonbatterier är på uppgång, men litiumjon kan fortsätta att finnas kvar på grund av indium

Återuppståndelsen av litiumjon?

En ny upptäckt av forskare vid Cornell University kan föra tillbaka litiumjontekniken i kapplöpningen om det perfekta batteriet. De fann att indium som anodmaterial möjliggör extremt snabb laddning.

Litiumjonbatterier har hittills dominerat designen av batterier för små elektronikprodukter och tidiga EV-modeller. Dock har vissa begränsningar i teknologin fått industrin att söka efter alternativ, inklusive natriumjon- eller fastfasbatterier. Genom att använda indium skulle ett nyckelproblem för massadoption av elbilar – räckviddsångest – elimineras. De flesta EV-användare är oroade för att batteriet tar slut innan de når en laddstation. Därför söker de ofta ett mycket kraftfullt batteripaket, vilket ökar vikten och kostnaden för bilen.

Ett annat problem är den tid det tar att ladda batteriet. Detta kan vara en allvarlig oro för långdistansresor eller kommersiella tillämpningar. Det minskar också tillgängligheten av laddstationer, då varje “full tank” tar tid och gör EV-laddaren otillgänglig.

Snabbare litiumjonbatterier kan därför sänka kostnaden för elbilar, minska räckviddsoron och förbättra laddnätets kapacitet.

Indiumbatterier till räddning?

Studien genomfördes av Lynden A. Archers grupp vid Cornells Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering, med doktoranden Shuo Jin som huvudförfattare.

I sin publikation om snabbladdning och långvarig lagring fokuserar forskarna på elektrokemiska reaktioners hastighet, särskilt Damköhlertalet. Genom att studera transport i fasta material fann de att indium passar väl för snabbladdning. Metallen används i dag främst i LCD-skärmar, solceller, kryoteknik och styrstavar i kärnreaktorer.

Indium är lämpligt i anoder tack vare snabb diffusion och långsam ytreaktion, vilket ger snabb laddning av batteriet.

Indium ett första steg mot AI‑designade batterier?

Indiumanoder kan minska räckviddsoron och behovet av mycket stora och tunga batteripaket. Indium är dock i sig en tung och tät metall.

Därför ser professor Archer också gruppens upptäckt som en utgångspunkt.

Här finns en möjlighet att använda beräkningskemiska modeller, kanske generativ AI, för att hitta lättare material med samma låga Damköhlertal, exempelvis metalllegeringar som ännu inte har studerats.

Leveraging AI advancements to find new battery materials is a realistic idea, as has been shown by PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) researchers. In our article “Changing the Timeline for Discoveries through Use of Artificial Intelligence (AI)”, we discussed how they used several predictive chemistry AIs for to granska 32 miljoner idéer på mindre än 80 timmar, leading to the discovery of a new battery electrolyte.

Samma metod kan alltså användas för att hitta material som presterar lika bra som indium men väger mindre.

Batteriers livscykelstockar

1. Arcadium Lithium (Sammanslagning av Allkem + Livent)

Arcadium är resultatet av en lika-fördelad sammanslagning mellan litiumgruvledarna Allkem och Livent, vilket gör det till den tredje största litiumproducenten i världen. Sammanfogningen skapar ett företag som är närvarande i alla steg av litiumproduktion och -bearbetning.

Företagets produktion är mestadels belägen i Argentina, i litiumtriangeln (Chile, Argentina, Bolivia) i form av saltlösningar, med viss fast litium i Kanada och Australien.

Källa: Arcadium

Litium är en råvara som nyligen har drabbats av låga priser, eftersom stora biltillverkare som Ford eller GM har bromsat sina EV-planer. Samtidigt kinesiska EV-tillverkare som BYD anklagas för att översvämma utländska marknader med lågkostnads‑EV, vilket kan utlösa en ny våg av EV‑adoption under de kommande åren. Till exempel den 10 000 € BYD Seagull som anländer till Europa i år.

Så den nuvarande prisnedgången för litium kanske inte varar för evigt.

2. CATL

CATL är den globala ledaren inom batteritillverkning och producerar mer än hälften av den globala batterivolymen. Företaget är närvarande i varje steg av batteritillverkningskedjan och är en ledare inom batteriteknik.

Detta gäller för litiumjonbatterier, där företaget är en långvarig etablerad ledare. CATL har också tillkännagett imponerande framsteg inom flera andra batterityper :

• Ett 12 000‑cyklers ultra‑långlivat batteri för storskalig energilagrning, med 18 000 cykler som långsiktigt mål.
• Ett 700 km LFP‑batteri (Litiumjärnfosfat) som laddar 400 km räckvidd på 10 minuter.
• Ett 500 Wh/kg batteri, som potentiellt möjliggör elektrifiering av passagerarflygplan.
• Massproduktion av natriumjonbatterier på 160 Wh/kg, med ett mål på 200 Wh/kg.

Källa: CATL

CATL har också investerat €3,25 Mrd i batterirecirkuleringskapacitet i Kina. CATL har notabelt uppnått en anmärkningsvärd återvinningsgrad på 99,6 % för nickel, kobolt, mangan, och 91 % för litium.

Tack vare sin skala, fokus och FoU‑resultat är CATL sannolikt i framkant av batteriinnovation, tillverkning och återvinning. Detta gör dem till en nyckelpartner för EV‑tillverkare, inklusive Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis osv.

3. BYD

En långvarig utmanare till Tesla på EV‑marknaden har BYD blivit en seriös konkurrent inte bara för Tesla utan för i praktiken alla biltillverkare.

Företaget utvecklades från sin ursprungliga roll som telefonbatterileverantör till att sälja nästan lika många EV som Tesla i Kina (världens största EV‑marknad) och vara den bäst säljande EV:n i Thailand, Sverige, Australien, Nya Zeeland, Singapore, Israel och Brasilien.

BYD är en stor del av varför Kina plötsligt blev världens största bilexportör 2023, och överträffade Japan. Företagets aggressiva utrikesexpansion stöds också av nya fabriker, som i Ungern. Och med lanseringen av $10 000‑$12 000‑bilar som Seagull kan en helt ny marknad öppnas för BYD‑EV.

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

Fortfarande i sin kärna, som batteritillverkare, är BYD en seriös utmanare till CATL på LFP‑batterimarknaden, med en marknadsandel på 41,1 % i Kina (jämfört med CATL:s 33,9 %).

Den “översvämning” av billiga EV som BYD producerar till de europeiska och amerikanska marknaderna kommer sannolikt att mötas av någon form av protektionism, vilket kan hindra BYD:s tillväxt. Men samtidigt är billiga kinesiska EV redan en stor framgång i resten av världen, där det inte finns många inhemska biltillverkare att skydda, inklusive hela Sydamerika, Ryssland, Afrika, Mellanöstern och Sydostasien.

Detta representerar flera miljarder potentiella kunder för BYD, som bor i länder som är ivriga att upprätthålla en geopolitisk balans och hålla goda relationer både med väst och Kina, så det är osannolikt att skapa alltför starka protektionistiska barriärer.