Nästa generations batterirevolution 2025 ｜ Nyckeln till en hållbar framtid.

Batteritekniken utvecklas alltmer och spelar en viktig roll när det gäller att tillgodose framtidens energibehov. I den här artikeln beskrivs den senaste utvecklingen inom nästa generations batteriteknik och dess konsekvenser för 2025.

Senaste trenderna inom nästa generations batteriteknik.

Utvecklingen av litiumjonbatterier

Litiumjonbatterier utvecklas snabbt mot högre energitäthet och längre livslängd. Den senaste forskningen och utvecklingen leder till högpresterande batterier med en energitäthet på över 1.200 Wh/L. Detta är cirka 1,7 gånger högre än energitätheten hos konventionella litiumjonbatterier och har potential att avsevärt förlänga räckvidden för elfordon.

Utvecklingen av nya nanoteknikbaserade elektrodmaterial förväntas dessutom förkorta laddningstiderna och förlänga batteriernas livslängd. Exempelvis har anodmaterial som använder nanotrådar av kisel rapporterats ha mer än 10 gånger högre kapacitet än konventionella grafitanoder. Om denna teknik kommer till praktisk användning kan batteritiden för smartphones mer än fördubblas jämfört med dagens batteritid.

Dessutom pågår forskning kring grafenbaserade elektrodmaterial, som skulle kunna förkorta laddningstiderna avsevärt. Ett forskarteam vid University of Manchester har framgångsrikt använt grafenbaserade elektroder för att öka laddningshastigheten med en faktor fem eller mer jämfört med konventionella batterier. Om denna teknik kommersialiseras skulle elfordon kunna laddas på en tjugondel av den tid det tar idag, och erbjuda samma bekvämlighet som bensindrivna fordon.

Framväxten av solid state-batterier.

Solid-state-batterier framhålls som nästa generations teknik som kombinerar säkerhet och ökad energitäthet: det innovativa solid-state-batteri som BMW presenterat har en energitäthet på 1.200 Wh/L och uppges kunna köras mer än 100 km på en 10-minutersladdning. Tekniken ersätter den konventionella flytande elektrolyten med en fast elektrolyt, vilket avsevärt minskar risken för antändning och samtidigt ökar energitätheten.samriskföretaget mellan QuantumScape och Volkswagen har som mål att massproducera solid-state-batterier till 2025, och elfordon kan komma att revolutionera branschen.

Dessutom utvecklar Toyota Motor Corporation sin egen solid state-batteriteknik, med målet att kommersialisera den senast 2025. Toyotas teknik har rapporterats minska laddningstiden till bara 10 minuter och har potential att köra mer än 1.000 km på en enda laddning. Om denna teknik blir verklighet kan de största utmaningarna för elfordon - räckvidd och laddningstid - lösas i ett slag.

Solid state-batterier har potential att revolutionera inte bara elfordon, utan även bärbara enheter och medicintekniska produkter. Exempelvis utvecklas flexibla solid state-batterier för användning i böjbara elektroniska apparater och medicintekniska produkter som kan implanteras i kroppen.

Nästa generations batteritillämpningar.

Påverkan på elfordon.

Nästa generations batteriteknik har potential att dramatiskt förbättra prestandan hos elfordon.

Goldman Sachs förutspår att kostnaden för batterier till elbilar kommer att sjunka med 401 TP3T till 99 USD per kWh år 2025. Detta förväntas leda till att priset för elbilar hamnar på samma nivå som för fordon med förbränningsmotor och att deras marknadsandel ökar till 171 TP3T 2025 och 351 TP3T 2030.

Om denna prognos blir verklighet kommer elbilsmarknaden att expandera snabbt och revolutionera hela fordonsindustrin. Till exempel har Teslas VD Elon Musk satt som mål att producera 20 miljoner elfordon per år till 2030. Detta motsvarar cirka 20% av den nuvarande globala fordonsproduktionen.

Nästa generations batteriteknik innebär också innovationer när det gäller elbilarnas prestanda. Exempelvis har elbilen Lucid Air, som utvecklas av Lucid Motors, en räckvidd på 832 km på en enda laddning. Det är en längre räckvidd än många bensindrivna fordon och en betydande förbättring av elfordonens praktiska egenskaper.

Tillkomsten av högpresterande batterier förväntas också påskynda spridningen av kommersiella fordon som ellastbilar och elbussar. Teslas eldrivna lastbil Semi kan till exempel köra cirka 800 km på en enda laddning, vilket kan minska driftskostnaderna avsevärt jämfört med konventionella dieseldrivna lastbilar.

Med dessa innovationer utvecklas elfordon från att bara vara ett miljövänligt alternativ till ett prestandamässigt och ekonomiskt val, och det kanske inte dröjer länge innan elfordon blir en vanlig del av bilmarknaden från 2025 och framåt.

Integration med förnybar energi

Nästa generations batterier kompletterar den instabila tillgången på förnybar energi och förbättrar stabiliteten i elnätet.

Teslas Megapack, med en kapacitet på upp till 3 MWh, kan t.ex. lagra överskottsel från vind- och solkraft och leverera den under perioder med hög efterfrågan. Detta kan avsevärt öka användningen av förnybar energi och minska beroendet av fossila bränslen.

Dessutom bidrar nästa generations batteriteknik till innovation inom energilagringssystem i nätskala. Det järn-luftbatteri som Form Energy utvecklar kan till exempel möjliggöra långtidslagring av energi i mer än 100 timmar och kan vara ett nytt alternativ för att absorbera volatiliteten i förnybar energi... Om denna teknik kommersialiseras skulle den kunna övervinna utmaningarna med volatiliteten i sol- och vindkraft och påskynda den storskaliga utbyggnaden av förnybar energi.

Framsteg inom batteritekniken har också bidragit till förverkligandet av mikronät. Mikronät är småskaliga elnät som hanterar produktion och förbrukning av el på regional nivå och som har fördelen att de kan fortsätta att leverera el på egen hand i händelse av en katastrof. Mikronät som använder nästa generations batterier förväntas främja lokal produktion och konsumtion av energi och öka elsystemets motståndskraft.

Energilagring för hushållen

Energilagringssystem för hushållen utvecklas också med nästa generations batteriteknik. LG Chem RESS har t.ex. en kapacitet på upp till 16 kWh och i kombination med ett solenergisystem kan hushållen bli självförsörjande på energi. Detta minskar inte bara elräkningarna utan fungerar också som en reservkraftkälla i händelse av strömavbrott, vilket bidrar till förbättrad motståndskraft.

Dessutom börjar batterisystem för hushåll att samarbeta med kraftbolag för att bilda "virtuella kraftverk" (VPP). Exempelvis bidrar VPP-projekt med Teslas Powerwall till att stabilisera elnätet genom att balansera tillgång och efterfrågan på el genom integrerad styrning av tusentals batterier. Om denna teknik blir allmänt utbredd kan den leda till ett nytt energisystem där varje hushåll bidrar till att stabilisera elnätet samtidigt som det ger ekonomiska fördelar.

Framsteg inom nästa generations batteriteknik leder också till mindre och mer kraftfulla energilagringssystem för hushåll. Exempelvis sägs system som använder batterier av typen "all-solid-state", som utvecklas av Sony, ha mer än dubbelt så hög energitäthet per volym jämfört med konventionella litiumjonbatterier . Detta skulle kunna göra det lättare att installera batterisystem med hög kapacitet i urbana hem med begränsat utrymme.

Forskning och utveckling av nästa generations batterier

Viktiga företagsinitiativ

Stora globala företag investerar kraftigt i forskning och utveckling av nästa generations batteriteknik.

Toyota har t.ex. meddelat att man planerar att investera cirka 1,5 biljoner JPY i batteriutveckling fram till 2030. Tesla utvecklar också sin egen 4680-battericell för att förbättra energitätheten och produktionseffektiviteten. Dessutom har nystartade företag också uppmärksammats för sin innovativa tekniska utveckling. Till exempel har israeliska StoreDot framgångsrikt utvecklat ett ultrasnabbladdande batteri som kan laddas på fem minuter och siktar på att kommersialisera det 2024. Sila i USA har också utvecklat ett kiselbaserat anodmaterial som framgångsrikt har ökat energitätheten med 20-401 TP3T jämfört med konventionella litiumjonbatterier.

Konkurrens och samarbete mellan dessa företag driver fram snabba framsteg inom batteritekniken. Exempelvis har BMW och Ford gemensamt investerat i Solid Power, som utvecklar solid state-batterier, för att påskynda teknikutvecklingen. Branschöverskridande initiativ som dessa kan påskynda kommersialiseringen av nästa generations batteriteknik.

Statligt stöd och reglering

Många länder stöder utvecklingen av nästa generations batteriteknik.

EU har till exempel meddelat att man planerar att investera cirka 300 miljarder JPY i forskning och utveckling av batterier fram till 2025. Regeringar har också infört subventionssystem och regleringar för att främja spridningen av elfordon, och denna politik uppmuntrar utvecklingen av nästa generations batteriteknik.

Särskilt anmärkningsvärt är den kinesiska regeringens aktiva stödåtgärder. Kina har formulerat en "New Energy Vehicle Industry Development Plan" och har satt som mål att öka andelen nya energibilar i nybilsförsäljningen till mer än 20% år 2025 . Denna policy har lett till en snabb tillväxt för de kinesiska batteritillverkarna CATL och BYD, som ökar sina andelar av den globala marknaden.

Samtidigt skärps reglerna för upphandling av batteriråvaror, produktionsprocessens miljöpåverkan och arbetsrättsliga frågor. Exempelvis planerar EU att införa regler som kräver att batteriers koldioxidavtryck redovisas senast 2024. Dessa regleringar förväntas leda till att utvecklingen av mer hållbara batteriteknologier uppmuntras.

Utmaningar och framtidsutsikter för nästa generations batterier.

Minskade kostnader

Att sänka kostnaderna är en förutsättning för att nästa generations batteriteknik ska kunna införas på bred front.

För närvarande står batteripaketet i ett elfordon för cirka 301 tp3t av den totala fordonskostnaden, vilket är en starkt bidragande orsak till det höga priset på elfordon.

Teknisk innovation och massproduktion har dock lett till en snabb minskning av batterikostnaderna: enligt en rapport från BloombergNEF minskade kostnaden för litiumjonbatterier med 891 TP3T mellan 2010 och 2020, till 137 USD/kWh. Dessutom förväntas kostnaden för litiumjonbatterier stiga till 100 USD/kWh år 2024 och sjunka till 58 USD/kWh år 2030.

När denna prisnivå har uppnåtts kommer produktionskostnaderna för elfordon att sjunka under dem för fordon med förbränningsmotor och deras marknadsandel kan öka snabbt. Viktiga faktorer för att sänka kostnaderna är bl.a:

1. stordriftsfördelar: Ökade produktionsvolymer gör att fasta kostnader kan spridas.
2. Framsteg inom materialteknik: billigare och mer högpresterande material håller på att utvecklas.
3. Förbättrade tillverkningsprocesser: Automation och effektivitet kan sänka produktionskostnaderna.
4. Utvecklingen inom återvinningsteknik: Ökad återvinning av material från uttjänta batterier kan minska kostnaderna för råmaterial.

Exempelvis siktar Tesla på att minska produktionskostnaderna med 561 TP3T och öka energitätheten med en faktor fem genom utvecklingen av sin egenutvecklade battericell 4680 . Innovationer som dessa möjliggör snabba minskningar av batterikostnaderna.

Resurssäkerhet och återvinning

Att säkra och återvinna de resurser som behövs för batteriproduktion är en nyckelfråga för en hållbar utveckling av nästa generations batteriteknik. Särskilt viktigt är en stabil tillgång till sällsynta metaller som litium, kobolt och nickel. Enligt en rapport från World Economic Forum väntas efterfrågan på batterier till elfordon öka 19 gånger till 2030 jämfört med dagens nivåer. Ny teknik för resursutveckling och återvinning är avgörande för att möta denna snabba ökning av efterfrågan.

Exempel på initiativ för resurssäkerhet är

1. Utveckling av ny gruvteknik.: Till exempel väcker teknik för att utvinna litium ur avloppsvatten från geotermiska kraftverk uppmärksamhet.
2. Forskning om alternativa material: Forskning pågår för att minska beroendet av sällsynta metaller, bland annat genom utveckling av koboltfria batterier.
3. Utveckling av undervattensresurser: Utvinning av sällsynta metaller från mangannoduler på djuphavsbotten övervägs.

När det gäller återvinning blir å andra sidan begreppet "cirkulär ekonomi" allt viktigare, där återvinning beaktas redan vid utformningen av batterierna. Northvolt har t.ex. som mål att 50% av de batterier som företaget tillverkar 2030 ska vara tillverkade av återvunnet material. Dessutom har japanska Sumitomo Metal Mining utvecklat en teknik för att återvinna nickel och kobolt från använda litiumjonbatterier med en renhetsgrad på 99% eller högre. En utbredd användning av sådana högeffektiva återvinningstekniker förväntas leda till effektivare resursanvändning och minskad miljöpåverkan.

Förbättrad säkerhet

Förbättrad batterisäkerhet är en avgörande fråga för spridningen av nästa generations teknik. Det finns en historia av tidigare incidenter, t.ex. bränder i elfordon, som har orsakat oro hos konsumenterna. Den senaste tekniska utvecklingen har dock dramatiskt förbättrat batterisäkerheten.

Viktiga initiativ för att förbättra säkerheten är bland annat följande

1. Förbättrade system för värmehantering.: Ett högpresterande kylsystem säkerställer att batteriets temperatur hanteras korrekt, vilket minskar risken för termisk rusning.
2. Förstärkning av separatorer: Användningen av värmebeständiga separatorer minskar risken för interna kortslutningar.
3. Användning av sensorteknik: Sensorsystem installeras för att upptäcka avvikelser i ett tidigt skede och förhindra olyckor.
4. Avancerad programvarukontroll: Ett avancerat AI-baserat styrsystem övervakar ständigt batteristatusen för att upprätthålla optimal drift.

De solid state-batterier som BMW utvecklar använder t.ex. inte flytande elektrolyt och har därför en betydligt lägre risk för antändning jämfört med konventionella litiumjonbatterier. Tesla har också utvecklat sitt eget "strukturella batteripaket" för att förbättra krocksäkerheten. Dessa innovationer har dramatiskt förbättrat säkerheten för nästa generations batterier och är en nyckelfaktor för att vinna konsumenternas förtroende.

Sammanfattning och framtidsutsikter

Fram till 2025 utvecklas nästa generations batteriteknik snabbt och kan vara nyckeln till en hållbar framtid. Nya batteritekniker med hög energitäthet, lång livslängd och snabb laddning förväntas påskynda införandet av elfordon och öka användningen av förnybar energi.

International Energy Agency (IEA) förutspår att den globala elfordonsflottan år 2030 kommer att uppgå till 245 miljoner fordon, vilket är nästan 20 gånger fler än år 2020. Denna snabba tillväxt kommer att möjliggöras av framsteg inom batteritekniken. Nästa generations batteriteknik har också potential att revolutionera området för energilagringssystem, och BloombergNEF förutspår att den globala energilagringskapaciteten kommer att öka mer än 15 gånger jämfört med dagens nivåer och uppgå till över 1.000 GWh år 2030. Detta kommer att möjliggöra en storskalig utbyggnad av förnybar energi och bidra väsentligt till ett samhälle med mindre koldioxidutsläpp.

För att förverkliga dessa möjligheter finns det dock fortfarande utmaningar att övervinna, till exempel att minska kostnaderna, säkra resurser och förbättra säkerheten. Samarbete mellan industri, akademi och myndigheter samt internationellt samarbete är avgörande för att ta itu med dessa utmaningar. Det är viktigt att fortsätta att fokusera på utvecklingen av batteritekniken och utnyttja dess potential till fullo.

Nästa generations batteriteknik har potential att väsentligt förändra vårt sätt att leva och bidra till förverkligandet av ett hållbart samhälle. För att hålla jämna steg med denna våg av teknisk innovation måste var och en av oss förstå potentialen i ny teknik och aktivt utnyttja den.