Litiumjontekniken dominerar batteriindustrin. Men andra alternativ växer fram, såsom natrium- och zinkbatterier som har flera fördelar: billigare material, längre livslängd och mindre miljöpåverkan.

De finns i elbilar, smartphones, bärbara datorer… När det gäller batterier har litiumjonteknik blivit en självklarhet. Ändå kan detta “stora genombrott från förra århundradet”, såsom Jean-Marie Tarascon, professor i fast kemi och energi vid Collège de France, beskriver det snart komma att få dela utmärkelsen med andra tekniker. Eller till och med komma att ersättas av dessa på många områden.

Elektrisk mobilitet har utvecklats enormt under det senaste decenniet, och då det sker betydande forsknings- och utvecklingsinsatser på detta område kommer vi troligen att få se framväxten av en teknik som överträffar Litium-ion om några år.

Litiumbatterier är effektiva, det är en lätt metall vilket är en fördel vad gäller mobiliteten och de har en god energitäthet, men de har flera problem.

Batteritillverkare söker efter lösningar som använder de billigaste materialen och som man finner överallt i världen, vilket inte är fallet med litium och sällsynta metaller, till exempel kobolt som används i dessa batterier för att underlätta kemiska reaktioner i elektroderna, förklarar Antoine de Broves, expert på energilagringslösningar för varumärket Omexon inom VINCI Energies.

Litium är mindre sällsynt, men utvinningen är begränsad till speciella regioner och har en betydande miljöpåverkan. Man finner den i stora mängder i Bolivia och Chile, speciellt i Andernas saltöknar. Att undvika att använda sällsynta metaller eller metaller med begränsad tillgång minskar de ekonomiska och miljömässiga kostnaderna för batterierna.

Av de alternativ som nu kommer fram utgör de som baseras på natriumjon å ena sidan och zinkluft å andra sidan föremål för lovande experiment, säger Antoine de Broves.

Industriell demonstrator för natriumjon

Är detta den heliga graalen för ackumulatorer? Detta kommer att visa sig utifrån en beräkning som tar hänsyn till ekologisk påverkan, kostnad, energitäthet, vikt och hållbarhet över tid. På Omexom följer man noga utvecklingen av de teknologier som laboratorier och startupföretag arbetar på, såsom hos Tiamat i Amiens i norra Frankrike.

Detta unga företag är en av de pionjärer som arbetar på morgondagens batterier. De har utvecklat en ny generation av natriumjonbatterier och har lanserat en första industriell demonstrator.

I Nederländerna, i Delft, arbetar också AquaBatterty på denna natriumbaserade teknik som erbjuder flera fördelar såsom låg kostnad och hög tillgång på salt, hållbarhet och säkerhet. Med ett högre effekt-till-energi-förhållande än litiumjonbatteriet är natriumjonlösningen särskilt intressant för användningsområden som kräver mycket elkraft.

Tiamat i Amiens kalkylerar med snabbladdningsmöjligheterna för natriumjonbatteriet för användning av denna lösning där laddnings- och urladdningscyklerna är korta och räckviddsbehoven är begränsade. Till exempel inom mobilitet, och särskilt delad mobilitet såsom elcyklar och elsparkcyklar, och även för de som kräver högre effekt såsom bussar och industriella fordon som är utrustade med snabbladdningsstationer.

Hitintills är natriumjonen inte lämplig för elbilar, eftersom den inte ger en tillräcklig körräckvidd. Men dess effektkapacitet öppnar möjligheter för korttidslagring av el i elnätet, till exempel för att säkerställa balansen mellan produktion och förbrukning av el i realtid.

Återvinningsbar zink-luft

Det finns ytterligare en teknik som uppfyller ekonomiska och miljömässiga kriterier: zink-luft-lösningen. Zink är en vanlig metall som det finns mycket av i många regioner. Företaget ZnR Batteries som köpts upp av EDF har specialiserat sig på denna nisch med lösningen Zinium. Här experimenterar man med ett lagringssystem för bostäder med zink-luft.

Förutom komponenternas tillgänglighet och låga kostnad har denna lösning den fördelen att den är återvinningsbar och inte uppvisar någon en risk för överhettning såsom litium. Dessutom, tillägger Antoine de Broves, ”är energitätheten för zink-luftlösningen fyra gånger högre än den för litiumjonlösningen.

Mobilitet är inte i första hand ett användningsområde för denna teknik, när laddningstiden är långsammare än för litiumjon. Zink-luft-tekniken kan ändå tillgodose behoven för egenförbrukning i bostäder och industri. Den kan också användas som en lagringslösning för mikronät.

“Oavsett om de baseras på natrium eller zink har dessa nya batteriteknologier en utmärkt energitäthet och tillverkarna förutser en betydande livslängd (antal cykler). I detta avseende är dessa batterier mycket lovande, sammanfattar Antoine de Broves. Vissa demonstratorer är fortfarande dyra och ger en mycket begränsad effekt och energi, men elektrisk mobilitet är under ständig utveckling sedan tio år tillbaka, och då det sker betydande forsknings- och utvecklingsinsatser på detta område kommer vi troligen att få se framväxten av en teknik som överträffar Li-on inom några år.” Det är med batteribranschen som det var med IT i sin barndom: varje månad registreras nya framsteg.

15/10/2020

Vill du veta mer:
https://www.omexom.nl/en/