Under teknologimessen CES i Las Vegas tidlig i januar lanserte det finske selskapet Donut Lab et nytt batteri. De hevder dette er verdens første faststoffbatteri klart for masseproduksjon. Flere publikasjoner i inn- og utland skriver at dette kan være det store, teknologiske gjennombruddet i batteriverden.

Vi snakker med

Jacob Hadler-Jacobsen er forsker hos SINTEF Energi, og jobber med modellering og utvikling av forskjellige batteriteknologier. Han har doktorgrad fra NTNU innen batteriers teoretiske begrensninger. Før han begynte hos SINTEF, jobbet han i batteri-startupen Geniess.

Finnene selv sparer ikke på konfekten når de forteller om den påståtte nyvinningen: De hevder batteriet er mye mer energitett enn dagens litiumionbatteri. Med en energitetthet på 350 watt-timer per kilo kan vekten på batteriene nesten halveres. Batteriene skal kunne full-lades på fem minutter og samtidig tåle nær uendelig mange ladesykluser. Svært høye eller lave temperaturer skal heller ikke være noe problem. Samtidig hevder finnene at det nye batteriet er laget uten sjeldne metaller, og at det dessuten skal få lavere pris enn dagens batterier.

SINTEF-forsker Jacob Hadler-Jacobsen sier at dersom dette er sant, så er det snakk om en formidabel batterirevolusjon.

– Med batteriteknologi må man gjøre kompromiss. Øker du ladehastighet, så mister du gjerne energitetthet og levetid, og motsatt. Det som gjør dette så sensasjonelt, er at de hevder å ha laget et batteri som er opptil ti ganger bedre enn dagens litiumionionbatterier på alle områder, og at de attpåtil har klart dette til en billigere penge, sier Jacobsen.

Dette gjør ham skeptisk, da en revolusjon av denne sorten ville skilt seg veldig fra den gradvise forbedringen man har sett innen batteriteknologien ellers de siste 20 årene.

Energi og Klima: – Kan du enkelt forklare forskjellen på dagens litiumionbatterier og såkalte faststoffbatterier?

Jacob Hadler-Jacobsen: – Det er så enkelt som at i vanlige batterier er elektrolytten flytende, mens i faststoffbatterier er elektrolytten fast.

– Hva er en elektrolytt?

– Litt forenklet kan man si at batterier baserer seg på at et anodemateriale reagerer med et katodemateriale. Ganske likt hvordan en bensinmotor baserer seg på at bensin brenner når den reagerer med luft. Elektrolytten er det som forbinder anode og katode, og muliggjør at man kan hente strøm ut av reaksjonen på en sakte og kontrollert måte.

Håper på økt brannsikkerhet

– Hvorfor vil man prøve å lage batterier med fast elektrolytt?

– Kortversjonen er at man håper på økt brannsikkerhet med fast-elektrolytt. Dette kan igjen åpne for å bruke enda mer energirike anoder. Mer spesifikt håper man å gå fra de trygge grafitt-anodene man har i dag, til høyenergianoder basert på rent litiummetall. Men jo mer energirike elektroder man bruker i et batteri, jo større blir brannfaren. Selv om man får mer varme i peisen ved å fyre med bensin, så velger de fleste likevel å gå for ved, da det er lettere å holde styr på. Slik er det også i batteriverden; det finnes mer energirike batterikjemier, men man bruker dem ikke, da sikkerhet og kontroll er viktigere enn energitetthet.

– Er det andre utfordringer?

– En annen stor ulempe med de energirike batteriene er at de gjerne får kortere levetid. Jo mer energi det er i en kjemisk reaksjon, jo vanskeligere er det å få reaksjonen til å gå motsatt vei. Hvis man igjen ser på bensin som eksempel; man får mye varme når bensin reagerer med luft og danner røyk. Det er motsatt veldig vanskelig å gå andre veien og forvandle røyk til bensin og luft. En isbit som smelter, derimot, er et godt eksempel på en reaksjon som er lett å få til å gå begge veier; man trenger bare å ta isbitformen inn og ut av fryseren.

– Litium er et grunnstoff som avgir mye energi når det reagerer. Det er samtidig relativt enkelt å få til å reagere tilbake ved hjelp av strøm og opplading. Det er dette som gjør litium så godt egnet for batterier.

Hevder å ha tidoblet levetiden

– Er det dette som gjør at det er litium i dagens bilbatterier?

– Ja, og det finnes mange forskjellige typer litiumionbatterier. De mest energirike er også typisk de batteriene det er vanskeligst å lade opp. Om du har en mobil eller bil hvor det er anbefalt å unngå å lade opp til mer enn 80 prosent, så er det fordi du har et batteri basert på ekstra energirike litiumreaksjoner. Der vil den krevende siste oppladingen tære ekstra på batteriet.

– Andre biler, derimot, bruker litiumreaksjoner med mindre energi, og de vil da ha kortere rekkevidde, men til gjengjeld tåle opp- og utlading til 100 prosent langt bedre. Akkurat dette er mye grunnen til at Donut Labs batteri virker for godt til å være sant. De hevder å ha klart å øke energien med om lag 50 prosent, samtidig som levetiden er tidoblet.

– Hva vil så et faststoffbatteri være laget av?

– De typene det snakkes mest om, lages med materialer hvor litium spiller hovedrollen, men faststoffbatterier kan også lages med for eksempel natrium.

Uvanlig kombinasjon

– Finnene sier ingenting om hva de har laget batteriet av. Hvilke muligheter er det?

– Det kommer veldig an på den faststoff-elektrolytten. Plastbaserte faststoff-elektrolytter sliter gjerne med at litium beveger seg veldig langsomt gjennom dem. Dette gjør at man enten må varme opp batteriet, eller lade inn og ut veldig sakte. Oksidbaserte faststoff-elektrolytter hemmes på sin side av dårlig kontakt og krevende produksjon. Sulfidbaserte elektrolytter sliter også med krevende produksjonsbetingelser, samtidig som stabilitet opp mot høyenergi katoder er en utfordring. Det er nok en sulfidbasert faststoff-elektrolytt som jeg kanskje vil tro passer best opp mot den ekstremt raske ladingen, selv ved lave temperaturer, som Donut Lab fremhever.

– Spørsmålet er hvordan et lite finsk selskap har lyktes med å lage dette batteriet før noen av de store aktørene har fått det til? Da tenker jeg på de produksjonsmessige utfordringene som følger med faststoff sulfidelektrolytter. Et annet spørsmål rundt sulfidelektrolytter ville vært hvordan man har lyktes med å oppnå den uvanlige kombinasjonen av veldig god levetid og høy energitetthet. 

Hadde vært utrolig gøy!

– Ifølge mediekontakten til SINTEF var flere av forskerne han snakket med om dette, svært skeptiske. Du er altså i den kategorien?

– Selv om Donut Lab bare viser seg å klare å levere halvparten av det de lover til samme pris som dagens litiumionbatterier, ville jeg blitt enormt imponert. Batteriteknologi har historisk handlet veldig mye om kompromiss mellom energi, ladehastighet, levetid, sikkerhet og pris. Forbedring på én egenskap kommer gjerne på bekostning av de andre.

– Vi vet at alle verdens gigantiske batteriprodusenter har brukt enorme mengder penger på å prøve å utvikle bedre batterier uten å være i nærheten av å oppnå det Donut Lab hevder å ha klart. Alt i alt gjør nok det at jeg også vil si jeg er sterkt skeptisk. Samtidig hadde det jo vært utrolig gøy om det viser seg at et lite finsk team har gjort noe utrolig genialt som ingen andre i verden har klart. De melder selv at batteriet skal komme i en motorsykkel alt innen utgangen av mars, så vi får potensielt fasiten allerede da.

– Kjøper du en slik motorsykkel da?

– Haha, ja, dersom de leverer i nærheten av det de lover, så gjør jeg faktisk det.

Mange små forbedringer

– Kommer du til å følge med på dette?

– Ja, men det er kanskje andre, langt mindre sensasjonelle fremskritt, jeg synes er mer spennende.

– Hva da for eksempel?

– Noe av det jeg synes er aller mest spennende, er kanskje utviklingen i retning billigere batterier. Som for eksempel ekstremt billige natriumionbatterier med lang levetid, laget helt uten sjeldne grunnstoff. De har litt dårligere energitetthet enn litiumionbatterier, men for å se økt bruk av elkjøretøy fattige land tror jeg lavere kostnad er det viktigste. Lavere kostnad vil jeg også si er det viktigste for å kunne se økt bruk av batterier til å hjelpe solkraft, for å ha strøm når solen ikke skinner.

– Ellers synes jeg batterier som tåler ekstremt raskt hurtiglading er spennende, og litt mer tekniske ting som koboltfrie høyspenningskatoder. Og sist, men ikke minst synes jeg det er spennende å følge med på Morrow Batteries på Sørlandet! Utviklingen av litiumionbatterier de siste 20 årene har vært dominert av veldig mange små forbedringer.

– Selv om jeg er tvilende til at Donut Lab klarer å holde det de lover, tror jeg nok vi vil se kommersialisering av faststoffbatterier. Den kommer antakelig i form av betydelig dyrere batterier med ikke fullt så gode egenskaper som det Donut Lab hevder. Og så har jeg veldig troen på at vi vil fortsette å se mange små gradvise forbedringer av batterier ellers.