Norsk løft for elbilbatterier

Kan elbilenes ladetid dramatisk reduseres? Og batterienes kapasitet og levetid radikalt forbedres? Det skjer saker i Norge som kan bidra til dette.

Vi ser lett på oss sjøl som et oljeland. Et resultat av de siste 40 åras suksess. Men historisk sett har Norge vært vel så sentral som en ledende produsent av et utvalg metaller. Vi har et svært kompetent, elektrometallurgisk industrimiljø som lenge før oljealderen starta, gjorde internasjonal suksess og bidro til velferden vår. Hvor Elkem har vært og er en av de sentrale bedriftene.

Silisium er et satsningsområde for Elkem. I det siste tiåret har de fleste fått med seg at silisiumprodukter brukes til solceller. Nå har Elkem i samarbeid med japanske AIST (Advanced Industrial Science and Technology) brukt siliumkompetansen til å utvikle et anodemateriale som kan erstatte grafitten som idag brukes i batterier. Litt til hjelp for å forstå hva «anoden» er, se på tegningen til høyre.

Vi gjengir Elkems pressemelding nedenfor, men har også hatt en litt uformell prat med seniorforsker Torbjørn Røe. Som gamle travere i elbil- og batteribusiness, veit vi at kvikkfiks ikke finnes. Noe som Røe kan bekrefte og utdype. Raskt oppsummert, kan vi foreløpig si følgende om noen av de parameterne som opptar oss:

• Forsøk så langt har vist at litiumbatterier med anodematerialet Silgrain® e-Si på noen få minutter kan lades opp til 70% kapasitet uten at dette går utover materialenes levetid. Ei heller er det vanskelig å få tilstrekkelig effekt ut av dem når batteriene utlades.
• Levetida er likevel ikke helt klarlagt da testene så langt er opptil 200 sykler. Syklingstestene fortsetter videre med gode resultat, men det tar tid før det kan oppgis nye data for f.eks. 2.000 syklinger som er typisk for elbilbatterier.
• Silisium som anodemateriale gir høyere energitetthet i batteriene (wattimer pr kilo) enn grafitt. Hvor mye den totale energitettheten til et batteri øker, vil avhenge av øvrige materialer som brukes. Med bruk av Silgrain® e-Si håpes det på en dobling av energitettheten.
• Skifte til silisium fra grafitt bør ikke stoppes på pris. Først og fremst vil det være volum som bestemmer kostnad.
• Dessuten arbeides det med flere tester rundt både sikkerhet og temperaturfølsomhet. Igjen har Røe, og det kan vi forstå, vanskeligheter med å se at det skal følge spesielle utfordringer med silisium kontra det som brukes idag. Så langt ser det positivt ut.

Det er kjempespennende å oppleve at norsk industri er involvert i forsøk på å knekke elbilnøtta (les: batteriene). Elkem med sin ekstreme spesialkompetanse, kan bidra med en liten brikke i det store puslespillet. AIST som er aktive midt i et av verdens batterisentra, kan ta dette helt fram. Nedenfor er en illustrasjon vi har henta fra AIST som viser hva de arbeider med. Vi tror det er nok av japanske (og globale) batteriprodusenter som er interessert i batterinyvinninger. Også noen i landet til de forholdsvis nye eierne av Elkem, China National Bluestar. 

Pressemeldinga fra Elkem gjengis nedenfor. Ønsker du å se litt nærmere på resultatene som så langt dokumenteres, er dette siden for deg. Den skal oppdateres når mer blir kjent. I første omgang ønska Elkem å gjøre det kjent hva de nå bidrar til. Og helt klart har de pirra nysgjerrigheten hos noen av oss…

---

Elkem-teknologi gir økt kjørelengde og raskere oppladning for elbiler

Elkem har sammen med japanske AIST utviklet materialer og teknologi som radikalt forbedrer kapasiteten, levetiden og ladetiden for batterier som blant annet finnes i elbiler.

Forskningsmiljøene i Elkem i Norge og AIST i Japan har utviklet et silisiumprodukt skreddersydd for behovene til fremtidens oppladbare litium-ion-batterier (LIB). Det nye materialet forbedrer radikalt kapasiteten, levetiden og ladetiden for batterier som blant annet er å finne i mange elbiler.

– Tester viser at med den nye teknologien kan et batteri lades opp til 70 prosent kapasitet på bare seks minutter. Vi tror dette kan bidra til virkelig å gjøre elbiler til et reelt alternativ også for enda flere bilister, sier Torbjørn Røe, seniorforsker i Elkem.

Fra grafitt til silisium

Røe forklarer at det i dag hovedsakelig er grafitt som brukes som såkalt anodemateriale i oppladbare batterier. Silisium har en større lagringskapasitet enn grafitt, og det er i tillegg tryggere og kan operere innenfor et bredere temperaturområde. Silisium anses derfor som et ideelt anodemateriale i lette høyytelsesbatterier.

Problem løst

En betydelig utfordring er at silisium gjennomgår store volumendringer under lading og utlading når det brukes som anodemateriale. Dette fører via forskjellige mekanismer til en rask reduksjon i batteriets kapasitet.

Torbjørn Røe i Elkem forteller at volumproblemet nå er avhjulpet gjennom ulike spesialtilpasninger. Elkem og AIST, et av verdens ledende forskningssentre for utvikling av batterimateriale, har i flere år jobbet sammen med å utvikle silisiumkvaliteten Silgrain® e-Si. Det nye anodematerialet er skreddersydd for AISTs batteriteknologi. I tester viser anoder med Silgrain® e-Si praktisk talt ingen tap av kapasitet under lading og bruk

– Den forbedrede kapasiteten og stabiliteten gjør at batteriet klarer seg lenger mellom hver lading og det får også en forbedret levetid. Kombinert med raskere ladetid og økt sikkerhet mener vi at litium-ion batterier med Silgrain® e-Si vil spille en nøkkelrolle i fremtidens marked for oppladbare batterier, blant annet i elektriske biler, sier Røe.

Klar for markedet

Etter en lang utviklingsfase går Silgrain® e-Si teknologien nå inn i kommersialiseringsfasen. Elkems verk i Bremanger forbereder seg nå på å produsere industrielle volumer av den nye silisiumkvaliteten. Elkem vil fortsette å utvikle og tilpasse Silgrain® e-Si produktporteføljen til andre anodematerialeteknologier i tett samarbeid med kunder og forskningsinstitusjoner.

Fakta

• AIST Kansai, Japan er et av verdens ledende forskningssentra for utvikling av batterimateriale.
• Elkem er blant verdens ledende selskaper innenfor miljøvennlig produksjon av metallprodukter og materialer. Hovedprodukter er silisium, solcellesilisium, spesiallegeringer til støperi-industrien, karbon og microsilica. Elkem har levert silisium til halvlederindustrien i 30 år under varemerket Silgrain®.
• AIST og Elkem har over mange år utviklet Silgrain® e-Si, en silisiumkvalitet spesiallaget for neste generasjons litium-ion-batterier.