European Green Vehicle Initiative – Workshop om Post-Li

En av de största utmaningarna för att vi ska se fler elbilar på våra gator är batterierna. Kostnaden är för hög och räckvidden för kort. Istället för att förstå dagens teknik och hitta lösningar är det lättare att blicka framåt – vad kommer runt hörnet? Post-Li har blivit ett modebetonat uttryck som i många sammanhang kan uppfattas på lösningen på alla problem och som är något som inte är så långt bort i tid. Men hur ligger det till egentligen? Finns det några koncept runt hörnet för elbilar? Ja, det var frågor ett 50-tal personer diskuterade vid en workshop förra veckan i Bryssel. Deltagare var tjänstemän vid kommissionen, fordonstillverkare, underleverantörer, branschorganisationer, institut och universitet. Arrangörer för denna ”Expert Workshop” var European Green Vehicle Initiative Association (EGVIA), CAPIRE och Smart EV-VC. Programmet och de flesta presentationerna kan du hitta här [1]. CAPIRE har tillsammans med ERTRAC, EPoSS och SmartGrids tagit fram en roadmap för elektrifiering av vägfordon [2].
Dagen var indelad i två delar där den första var en genomgång av några pågående EU-finansierade projekt i kategorin Post-Li och information från forskningsorganisationer och –nätverk aktiva inom området. Eftermiddagen var en diskussion ur ett fordonsperspektiv där fordonstillverkare och underleverantörer gav sin syn på framtiden och vad som är i fokus.
Även om vi är mitt uppe i utvecklingen av Li-jonbatterier finns det anledning att blicka framåt. Dock finns det en hel del att ta tag i när det gäller dagens teknik och hitta lösningar som både ökar prestandan och sänker kostnaderna. Och inte minst när det gäller att förstå de mekanismer som ligger bakom degradering, var budskapet från Wolfgang Stiegler, VW, ordförande i EGVIA, som inledde workshopen med att diskutera kring frågan vad det är vi behöver och att det inte bara är att stirra sig blind på några få siffror. Det gäller att förstå helheten med nya batterikoncept och sätta batteriet i rätt sammanhang. Vissa tekniker har visat lovande resultat i labbet, men helt orealistiska på fordonsnivå. Stiegler poängterade att vi är långt, långt ifrån produktion av de tänkbara Post-Li-koncept som idag diskuteras.
Från kommissionens sida så har man ett tydligt tekniskt mål – dubbelt så hög energitäthet (dvs. >400 Wh/kg) – för att nå utökad körsträcka och därigenom en bättre acceptans för elbilar. Detta ska ske samtidigt som man vill säkerställa att vi inte än en gång tappar ett viktigt produktionsområde till Asien. Syftet är att bibehålla forskning och utveckling, i kombination med en produktionskapacitet, för att skapa fler jobb inom EU. Allt detta finns nu mycket tydligare formulerat i Horizon 2020 än i tidigare ramprogram. Utlysningen som ligger närmast i tid vad det gäller Post-Li presenterades av Martin Gieb från DG, RTD, vid kommissionen. Målet är att satsa längs hela värdekedjan från material till färdiga produkter. Om man jämför EU med USA och Asien vad det gäller patent inom batterimaterial är det ett mer eller mindre dött lopp. Men när man jämför produktionsandelar blir det noll för EU, en för USA och 87 för Asien… Det tål att tänkas på hur man ska övervinna detta gap, om det ens går vill säga.
Satsningen från EU:s sida i den kommande utlysningen (som stänger 7 oktober) är 16 M€, och man tror att 3-5 projekt av storleksordningen 6-8 M€ kommer att finansieras.
Vad är det nu som resurserna ska spenderas på? Ett av huvudsyftena med dagen var att se vad som pågår för att finna ett bra svar på frågan. Av de tekniska presentationerna fick vi lyssna på framstegen inom framför allt om batterikoncepten Li-luft, Li-svavel och Na-jon.
’Och de nominerade är…’  
I tävlingen om Guldbaggen tävlas det i specifika kategorier. Förra veckan kammade en nära släkting hem en bagge för bästa smink – mäkta stolt är jag allt. Dock ska jag inte försöka mig på att använda Lisas talanger, utan här ska jag försöka ge den osminkade versionen av Post-Li. Jag ser dock att det just nu bara tävlas i två kategorier: ’Bästa batteri för EV 2025’ och ’Bästa EU-satsning för EV-batterier 2025’.
Båda kategorierna diskuterades under dagen i Bryssel. I den första kategorin ser jag ingen som helst konkurrens – det finns bara Li-jonbatterier att välja på. Att diskutera Post-Li betyder inte att dagens Li-jonteknik inte kan bli bättre. Vi kommer att se en utveckling inom Li-jontekniken de kommande åren, och personligen tror jag inte vi kommer se någon ersättare till Li-jon under de kommande 20 åren; i alla fall inte för rena batterielbilar.
Vad det gäller den andra kategorin är det fler nominerade och vilka de är beror på vem man frågar. Om man bara utgår från det mest använda ordet på EGVI-workshopen så är Li-luft en stark kandidat. En annan Li-svavel. Sedan blir det tuffare, och jag tror att det blir Na-jon och Mg-jon som kniper de andra nomineringarna. Jag tror dock att det EU kommer att välja är Li-luft, och att fordonstillverkarna väljer Li-jon, då det är lika komplicerat att byta kemi som att byta från en manuell växellåda till en automatisk – inget man gör över en natt.
Varför olika val?
Anledningen till att EU med största sannolikhet kommer att välja Li-luft är att de redan satsat mycket och gärna vill se prototyper. Vidare ser de denna teknik som den med störst potential att nå energitäthetsmålet på cellnivå. Li-luft har en mycket hög teoretisk energitäthet, men den praktiska är kanske bara två gånger mer. Ur ett forskningsperspektiv finns det massa olika fundamentala frågeställningar att brottas med, inte minst degraderingsprocesserna…
Varför väljer då inte fordonstillverkarna Li-luft för EV 2025? Idagsläget finns det bara forskningsceller producerade och nästan uteslutande testas dessa celler mot trycksatt syre, inte luft. Det som än är oklart är hur cellen påverkas av luft. Vi vet att vatten inte är önskvärt att få in i cellen. Måste luften vara torr? Måste man ha en kompressor? Infrastruktur? Reningssteg? Vad händer med alla luftföroreningar? Det finns ett otal frågor man kan ställa sig som det idag bara kan spekuleras kring. Hur ser ett helt batterisystem ut och vad får det för konsekvenser för ett elfordon? Ett Li-syrebatteri, som jag i fortsättningen kallar det, så sker ur- och uppladdningen vid olika spänningsnivåer; det skiljer ca 0,5 – 1,5 V för en cell på ca 3 V. Vilka nya krav ställs på kraftelektroniken? Extra kostnader? Personligen kör jag hellre omkring i en bil med trycksatt vätgas än trycksatt syre…
Men Li-svavel då? Det finns många likheter mellan Li-syre och Li-svavel i de fordonsnära frågeställningarna. Li-svavel, har precis som Li-syre, höga teoretiska värden när det gäller energitäthet och har därigenom blivit attraktivt. Den praktiska energitätheten har kanske potential att nå EU-målet. Dock är effektuttaget begränsat för båda teknologierna och torde vara den mest dimensionerande och begränsande faktorn vid systemdesign. Vidare är det ur ett systemperspektiv viktigt att ha i åtanke att cellspänningen för en Li-svavelcell är maximalt 2,15 V, vilket gör att det behövs ca 50-70 % fler celler för att komma upp i motsvarande systemspänning som för Li-jon. Sedan tillkommer nya utmaningar vid själva cellproduktionen; vid produktion av Li-svavelceller så är åtminstone en elektrod reaktiv. Det kommer att krävas oerhörda resurser för att bygga upp en celltillverkning i Europa. Därför är det ett måste att även fordonstillverkarna är med från start. Poängen som VW skickade med är att systemdesignen startar redan med celldesignen. Klokt sagt! Vi återkommer till produktionen av Li-jonceller i ett nyhetsbrev senare under året.
VW presenterade sin syn på framtiden [1] och de ser ingen ersättare till Li-jon, utan anser att pengarna bör satsas på vidareutveckling och nya material för Li-jonbatterier. Från EU:s sida är man dock helt medveten om att det är materialutveckling som kommer vara lösningen; inte problemet.
Och vinnare är…
Källor
[1] EGVI Expert Workshop on Post Lithium Ion Batteries – January 2014. 21 jan 2014.länk (alla presentationer från dagen finns att ladda hem)
[2] European Roadmap Electrification of Road Transport 2nd Edition. länk (pdf)