Säkrare och effektivare batterier inom kort

Dubbel energimängd i batterier i en nära framtid kan bli verklighet och kan påverka Försvarsmakten.
Men samtidigt höjs ett varningens finger för informationssäkerheten i den sjätte artikeln i serien om framtidens teknik.

– Det är ett väldigt, väldigt race just nu, säger Kristina Edström, professor i oorganisk kemi vid Uppsala universitet.
Edström pratar här om utvecklingen inom batteritekniken. Och är det någon som har överblicken är det sannolikt hon. För vid sidan om professorsrollen vid Uppsala universitet är Edström också koordinator för EU:s stora batterisatsning där ett hundratal forskargrupper från universitet och företag från runt 20 länder ska ta fram framtidens batterier.

Och det ”race” Edström talar om gäller den så kallade solid state- eller fastfas-tekniken inom batterier som enligt Edström kan börja komma på bred front om tre till fem år.
Grovt förenklat innebär tekniken att istället för att ha en vätska som separerar den negativa och positiva elektroden i ett litiumjonbatteri, vilket huvudsakligen är fallet i dag, så används ett fast ämne.

Fördubblad effektivitet

En av fördelarna med att slippa vätska är att risken för giftigt läckage i princip elimineras. Men det finns även andra fördelar. Enligt professor Edström kan fastfas-batterier komma att få fördubblad energimängd, från ungefär nuvarande 250 kWh/kg till kommande 500 kWh/kg. Det innebär i praktiken, exempelvis, att en bil eller lastbil får fördubblad körsträcka på en laddning. Eller att en kommunikationsradio kan användas dubbelt så länge på en laddning.
– Det är jättebra så klart. Du får nog säkrare batterier också, om det börjar brinna så får du inte samma toxiska gaser, säger Edström.

Dessutom tror forskarna att de nya batterierna även ska tåla högre temperaturer.
– Där går det till 120 grader med dagens litiumjonbatterier och redan vid 60 grader så sker det reaktioner och saker som gör att livslängden blir sämre för batteriet, säger Edström.

Laddstation av bärbara batterier. Bildkredit: Natek

Enligt Edström finns det redan nu åtminstone ett så kallat solid state-batteri i drift. Det är franska Blue Solutions som tillhandahåller ett sådant batteri och det fungerar bäst vid 80 grader C.
Den som har vintern kvar i minnet med eventuella mobiltelefoner som tröttnar ganska snabbt under vinterutflykten i kyla kanske undrar om fastfas-batterierna kommer att kunna stå emot låga temperaturer?
Så här beskriver Edström dagens batteriers prestanda i kyla.
– De börjar tappa redan när det går mot noll. Och vid minus tio, femton grader har du problem för då används mycket av energin i batteriet till att värma det för att problemen inte ska märkas, säger Kristina Edström som också tillägger att hon inte är säker på att fastfas-batterierna kommer klara det så mycket bättre.

Men det finns också andra frågetecken kring den nya tekniken. Bland annat handlar det om hur snabbt fastfas-batterierna kan laddas. Och hur snabbt tekniken i praktiken kommer att slå på marknaden beror också på jämförelsen med annan batteriteknik.
– Utvecklingen tävlar med befintlig litiumjonbatteriteknik som blir mer och mer tillförlitlig och där kostnaderna blir lägre och lägre. För även om du inte ökat energimängden så väldigt mycket i dessa de senaste åren så har de ökat väldigt mycket i kvalitet, säger Edström och tillägger att befintliga litiumjonbatterier har allt längre livslängd.
– Folk vänder ju på varje sten och testar allting nu i den här rushen, säger Kristina Edström.

Frågor kring informationssäkerheten

Men samtidigt säger Edström att den grundläggande kemin gör att litiumjonbatterierna av idag inte kan utvecklas i all oändlighet. Och det som ser ut att komma därefter benämns beyond litium.
– Men det är fortfarande litiumbaserat väldigt mycket. Men det öppnar för att framtidens batterier kan bestå av en uppsjö av olika teknologier och som kan skräddarsys utifrån den tillämpning du ska ha, säger Kristina Edström.

Det finns också en annan aspekt. Det handlar om att alla battericeller kopplas ihop och styrs med med det som kallas battery management systems. I praktiken innebär det att information kan loggas om hur batteriet används. Exempelvis kan information finnas kring hur du kör din bil när det gäller parametrar som körtid, batteristatus, körsträcka och körstil. Och Edström ser en potentiell informationssäkerhetsrisk.
– I studier där man tittat på loggat material så har man lärt sig väldigt mycket av att hur du kör din bil påverkar hur batteriet mår och livslängden på batteriet. Och det är klart att genom att man har batterier i olika produkter så kan man ju bygga in system där man kan kontrollera var folk befinner sig och så, säger Kristina Edström.

”Ofta det motsatta intresset”

För Försvarsmakten är utvecklingen inom batteriteknik en viktig fråga inför framtiden. Och just aspekten kring informationssäkerhet är något myndigheten generellt måste hantera.
– Det finns elektronik i allting nu. Och det är ju vår stora utmaning, särskilt när det handlar om att använda civilt utvecklad teknologi, som är gjord för att alltid vara uppkopplad och berätta var den finns och hur den används, medan vi ofta har det motsatta intresset, säger Rickard Stridh, forskningschef på Försvarsmakten.

Och när det gäller frågan om batteriers effektivitet säger Stridh att det på sätt viss är en avgörande faktor. Inte minst för att trenden går mot att militär personal behöver bära med sig allt mer elektronik som exempelvis radio och krypto och kanske AR-baserat beslutsstöd, kameror, gps och eventuellt kommande eluppvärmda uniformer eller elbaserat kamouflage.
– Förutom att vi har strävan att vara hållbara i vår teknik och materialutveckling så har vi inga aspekter på vilken teknologi som är intressant utan det är energimängden som kan tas med som är avgörande. Det viktiga är att få med sig så mycket energi till så liten vikt som möjligt. Det är en framgångsfaktor, säger Rickard Stridh.

På sikt kan frågan om el- och batteridrift också bli aktuell för exempelvis fordon och fartyg.
– Hittills är det lite mer avlägset att driva de stora plattformarna med el. Men vi behöver bli mer hållbara i vår utveckling, säger Rickard Stridh.

Fakta – batteriteknologi:

Litiumjonbatteriet används i exempelvis mobiltelefoner, elfordon och bärbara datorer. Utvecklingen av litiumjonbatteriet belönades med Nobelpriset 2019 men grunden lades med forskning under 1970-talet.
Grovt förenklat så beskriver Uppsala universitet att litiumjonbatteriet är ett uppladdningsbart batteri. När batteriet laddas flyttas litiumjoner från den positiva elektroden, alltså en av batteriets huvuddelar, till den negativa elektroden. Vid användning – urladdning – rör sig jonerna i motsatt riktning. Mellan elektroderna där jonerna rör sig finns det material som kallas elektrolyt och i dagens batterier är det oftast en vätska. Här är alltså förhoppningen att kunna gå över till det som kallas solid state, det vill säga ett fast ämne. Bedömningen är att det bland annat skulle förbättra säkerheten.