Batteriforskningen letar ständigt efter nästa stora steg framåt, teknologin som ska ta elbilar och bärbar elektronik till nästa nivå. På Uppsala universitet finns ett av världens ledande batteriforskningslabb, och här menar man att framstegen inte är särskilt långt bort.

– Vi har som ambition att vi ska spela stor roll i utvecklingen av framtidens batterier. Vi försöker ju jobba och lära oss så mycket som möjligt, vi försöker liksom finnas på hela spelplanen, säger Kristina Edström, professor i oorganisk kemi vid Uppsala universitet.

Hennes spelplan innefattar allt från att ta reda på vad industrin behöver idag till att lista ut vilka teknologier som är potentiella framtidsvinnare.

– En av dem heter litium-luft. I det har du en ren litiumfolie och så tar du syrgas från luft, och då kan du teoretiskt få någonting som är tio gånger bättre än de litiumbatterier vi har idag, säger Kristina Edström.

– Vi försöker också finnas på den plan där vi på något sätt kan hitta på nya saker, vara lite vilda och galna, säger hon skämtsamt men fyller i att det är viktigt att vara nyfiken.

Nya teknologier hägrar bortom horisonten                            

Den mest moderna batteriteknologin som är kommersiellt gångbar idag kallas för litium-jon-batterier. Stora mängder forskning ägnas åt att effektivisera och vidareutveckla teknologin för att göra ren el till ett rimligt alternativ till fossila bränslen.

Men det finns en gräns för hur mycket de kan utvecklas. Till slut kommer de att vara så pass effektiva och prisvärda som de kan bli, och då är det dags för nästa teknologi att plocka upp flaggan. Men tävlingen om vilken det blir är inte avgjord, och kvar i loppet finns fortfarande ett antal olika aspiranter.  

Litium-luftbatteriet har föreslagits av en rad olika forskare men aldrig riktigt fått något genomslag, främst för att det är allt för känsligt för att kunna fungera i en så pass utsatt miljö som en elbil eller i anslutning till ett vindkraftverk.

Dessutom har man hittills inte lyckats uppnå den effekt man behöver för många kommersiella tillämpningar. Men förhoppningarna är ändå stora. Senast i oktober i år kom en rapport om ett litium-luftbatteri som i laboratoriemiljö visat otroliga prestanda.

Ett tio gånger bättre batteri än det vi har idag skulle ha en energidensitet som nästan motsvarar den hos bensin, och att uppnå samma energidensitet som bensin verkar vara ett viktigt mål för batteriforskningen. Det används ständigt som referenspunkt. Men trots det behöver elbilarna inte tiodubbla sin förmåga för att bli mycket bättre.

– Kan man få någonting som är i praktiken kanske tre gånger bättre än de batterier vi har idag, då har vi kommit väldigt långt, säger Kristina Edström. Vi har det inte idag för att vi har så många sidoreaktioner som vi inte lyckats bemästra än. Jag tror att i fallet litium-luft så får vi nog vänta 20-30 år innan vi kan köpa det, medan om vi pratar om vanliga litiumbatterier som har dubbla mängden mot vad vi har idag så kan vi få det inom fem år.

Viktig forskning för framtida fordon

I takt med att allt högre krav ställs på biltrafikens miljövänlighet blir elbilar mer och mer intressanta för trafikanter, och deras största utmaning är just batterikapacitet. Begreppet räckviddsångest beskriver rädslan för att bli strandad på en plats där det inte finns tillgång till en laddare eller ett eluttag, men där man om man haft en bensin- eller dieseldriven bil kunnat fylla på från en reservdunk.

Litium-jon-batteriet har visat sig vara ett av de största framstegen. Idag tar sig de dyraste elbilarna omkring 45 mil på en laddning, men det är inte förrän ganska nyligen som en tyst och ren åktur utanför tullarna blev en litiumdriven upplevelse.

– Det har funnits prototyper på elbilar med litiumbatterier ganska länge. Det första kommersiella litiumbatteriet kom 1990, och i elbilar så kom det nog i början på 2000-talet. Men det kommer liksom på riktigt nu, från 2010 och framåt kan man väl säga, säger Kristina Edström.

Och eftersom att elbilar som använder sig av litiumbatterier fortfarande är så pass nya så är det svårt att säga hur pass bra batterierna håller och hur de påverkas av användaren. Men Kristina Edström tror att effekterna kommer vara ganska tydliga.

– Man pratar ofta om batterier ungefär som man pratar om människan. Man pratar om hälsotillstånd, man pratar om deras åldring och man pratar om deras livsstil. Och hur länge du verkligen kan köra din elbil, det beror på hur du kör. Det är likadant med din kropp. Om du knarkar och super så lever du inte lika länge som om du sköter dig. Och det är lite som med körstilen, hur du kör ditt elfordon spelar roll. Det kan nog förändra livslängden något år hit eller dit, säger hon.

Långsam utveckling beror på ämnets komplexitet

– Man brukar säga att batteriutveckling går ganska långsamt. Ibland får man ett ”kvantsprång”, som på sjuttiotalet när man hittade litiumbatteriet. Men sen när man väl har fått de här nya systemen så förbättras de med en eller ett par procent om året, så det går ganska långsamt, säger Edström.

Den stora utmaningen är enligt henne egentligen att bemästra de sidoreaktioner som äger rum när ett batteri laddas upp eller ur. Till exempel bildas det vid batteriets fasta komponenter kristaller när det laddas upp eller ur, och när kristallerna helt täcker ytan de bildas på förlorar batteriet sin förmåga att lagra och uppta elektrisk laddning.

Men trots att det är komplicerat och svårt att utveckla batterier som tar lagringsteknologin in i framtiden så menar hon att man gör framsteg. Bland annat beräknas batterierna i de hybridbilar som säljs idag hålla mellan åtta och tio år innan de är uttjänta.

En viktig bidragande faktor utöver att kvalitén från producenter har höjts från år till år är enligt Kristina Edström att man lyckats övervinna en av de stora utmaningarna, nämligen en jämn energinivå.

När en battericell helt laddas ur går det nämligen inte att ladda upp den igen, och den blir oanvändbar.

– För bara kanske 3-4 år sen kunde man inte vara säker på att en cell var precis likadan som granncellen och därför hade man mycket kontrollenheter. Idag kan man mycket mer lita på att de är jämna i energimängd, säger Kristina Edström.

Kan spela stor roll för klimatet

Men utöver att vara en viktig komponent i elbilar så är batterier också en del av ett stabilt och rent elnät. Ett vindkraftverk måste kunna leverera ström även när det inte blåser och den rimliga lösningen på glappet mellan tillgång och efterfrågan är batterier.

Dessutom kan det vara en viktig komponent när även landsbygd med sämre infrastruktur ska börja använda sig av ren energi.

– Vi har ju ett väldigt robust elnät. Tänk dig länder som Bolivia som har lika många människor som Sverige men dubbla ytan, och inte har ett elnät. Där kan batterilagring vara väldigt viktigt, säger Kristina Edström.