Li-klustrets senaste doktor
Helena Berg
2015-04-02
Idag får ni ett nyhetsbrev skrivit av Helena Berg om batterier.
Glad Påsk!
Li-klustrets senaste doktor
skrivet av Helena Berg
Idag sammanfattar vi Li-klustret och den senaste batteriavhandlingen. Men först två fordonsnyheter.
Tesla jagar på leverantörer
Det börjar nog bli lite svettigt för Elon Musk att få ihop hela leverantörskedjan till Teslas Gigafactory. Risktagandet ökar och man försöker stressa på sina japanska leverantörer enligt ett uttalande från Kurt Kelty, Teslas batterichef [1]. Tesla har redan allierat sig med de riktigt stora i Japan – Panasonic och Denso, men nu öppnar man upp för samarbeten med mindre bolag med attraktiv teknologi. Detta på grund av att man tycker det går för långsamt hos de stora etablerade ’drakarna’. Förra veckan meddelade Panasonic att de kommer öka sin vinst med 23% när man nu tar ännu ett steg in i fordonsbranschen. Hur mycket man kommer att investera i Teslas Gigafactory vill man dock inte svara på. Kan noteras att Kelty jobbat länge inom Toyota innan han 2006 började jobba på Tesla.
Att försöka få Tesla att slå av på takten verkar inte vara ett lyckat drag. Och som alltid när det gäller Tesla – fortsättning följer…
VW byter batteriteknologi?
I juli ska VW ta beslut om hur man kommer att gå vidare med investeringarna i det amerikanska start-uppföretaget QuantumScape. Teknologin är ’solid’state Li-battery’ och enligt VW tror man att en körsträcka på 700 km vore rimligt – tre gånger längre än dagens eGolf [2]. VW äger idag endast 5% av QuantumScape, men har option på fler aktier. Personligen tror jag inte att VW kommer byta batteriteknologi i sommar, men att man vill satsa långsiktigt på en kommande mycket attraktiv teknologi ser jag bara som positivt.
Så till dagens huvudtema.
Li-klustret – från atom till fordon
Vi har tidigare skrivit om att man verkligen behöver förstå hela kedjan från atom till fordon, och från fordon till atom, för att kunna förstå och använda ett batteri på ett optimalt sätt. Ibland kan det kännas som att lägga ett 3D-pussel med olika motiv på alla sidor när man ska försöka hålla ihop hur olika driftsparametrar påverkar olika batteriteknologier.
Detta var utgångspunkten när Li-klustret skapades. Uppsala, KTH, Scania och Volvo gick samman i ett forskningssamarbete för att försöka förstå vad som åldrar ett batteri i ett tungt hybridfordon. Finansieringen kom från Energimyndigheten, Scania och Volvo.
Fyra doktorander, en på varje ställe, jobbade med hela kedjan – material i Uppsala, elektrokemi på KTH, och driftsbetingelser på kommersiella celler i fordon på Scania och Volvo. Fyra enskilda projekt som knöts tätt samman för att tillsammans försöka sätta fingret på åldringsförloppet. Matilda Klett (KTH) och Pontus Svens (KTH/Scania) disputerade i maj/juni ifjol (länk) och strax innan jul disputerade Jens Groot (Chalmers/Volvo) (länk). Pontus och Jens jobbar nu vidare med att skapa konkurrenskraftiga elfordon på Scania och Volvo, medans Matilda fördjupar de akademiska frågeställningarna genom en post-doc på Argonne National Lab utanför Chicago.
I fredags var det Rickard Erikssons (Uppsala) tur att försvara sin avhandling; ’Structural Changes in Lithium Battery Materials Induced by Aging or Usage’ [3].
Rickard har med hjälp av olika metoder analyserat hur de aktiva elektrodmaterialen i en cell ändras med avseende på användning och åldring. Både anoder och katoder har analyserats, både från kommersiella celler så väl som potentiella framtida alternativ.
Kommersiella celler
Rickard har, tillsammans med Matilda och Pontus, har visat att elektrodmaterialen åldras olika genom att studera kommersiella celler med en LTO-anod och LCO/LMO-katod. Detta har främst gjorts genom obduktioner av cyklade celler – post-mortem-analyser.
Li-klustret har studerat hur olika körcykler påverkar åldringen. Post-mortemanalyser av cyklade celler visar att cellerna åldras olika beroende på om de använts eller bara legat på hyllan några år. Temperatur- och strömfördelningen är troligtvis inte homogen i cellerna och skapar därför olika slitage i cellen. I denna kluster-gemensamma studie har Rickard visat, med hjälp av diffraktionsstudier, hur det är framför allt katoden som åldras i de effektoptimerade celler som varit i fokus. Att använda cellerna i ett hybridfordon inom ett smalare SOC-fönster är mer optimalt än att cykla cellerna snällt över hela kapacitetsfönstret.
Potentiella nya elektroder
Vad som påverkar elektrodmaterial baserade på NixTiOPO4 och LiFeSO4F har Rickard framförallt studerat med diffraktionsmetoder och försökt förstå hur materialen ändras under olika syntes- och driftsbetingelser.
F-baserade katodmaterial är en grupp material som har potential att slå sig in i framtida Li-jonceller och då är det främst materialens högre kapacitet som är drivkraften. Nyligen presenterades resultat från Karlsruhe där man studerat Li2VO2F [4].
De flesta elektrodmaterial cyklar 1 Li per formelenhet, men forskarna vid Karlsruhe har cyklat 1,8 Li, vilket alltså ger 80% högre kapacitet jämfört med 1 Li. Dock går det inte rakt av att jämföra med övriga katodmaterial då även molmassan på materialet spelar roll för kapaciteten.
Tätt samarbete industri-akademi
En av styrkorna med Li-klustret är det täta samarbetet mellan doktorander med olika bakgrund och frågeställningar – aktivt elektrodmaterial, elektroddesign, elektrokemi, batteripack och fordon. Genom diskussioner har problem kunnat belysas ur ett flertal synvinklar och man har på sätt skapat en djupare förståelse för åldringsproblematiken samtidigt som doktoranderna har fått en bredare förståelse för sina egna observationer.
Grattis Rickard för en fin avhandling och dina pusselbitar till förståelsen kring batteriåldring.
[1] Tesla Pushes Japanese Suppliers as It Seeks Battery Partners. Bloomberg. länk
[2] VW to Decide on New 700 km Range Battery Technology by July. länk
[3] Structural Changes in Lithium Battery Materials Induced by Aging or Usage. Eriksson, Rickard. länk (Avhandling finns som fulltext)
[4] Optimized storage principle and new material increase lithium storage density in cathode material. Green Car Congress. länk
Idag sammanfattar vi Li-klustret och den senaste batteriavhandlingen. Men först två fordonsnyheter.
Tesla jagar på leverantörer
Det börjar nog bli lite svettigt för Elon Musk att få ihop hela leverantörskedjan till Teslas Gigafactory. Risktagandet ökar och man försöker stressa på sina japanska leverantörer enligt ett uttalande från Kurt Kelty, Teslas batterichef [1]. Tesla har redan allierat sig med de riktigt stora i Japan – Panasonic och Denso, men nu öppnar man upp för samarbeten med mindre bolag med attraktiv teknologi. Detta på grund av att man tycker det går för långsamt hos de stora etablerade ’drakarna’. Förra veckan meddelade Panasonic att de kommer öka sin vinst med 23% när man nu tar ännu ett steg in i fordonsbranschen. Hur mycket man kommer att investera i Teslas Gigafactory vill man dock inte svara på. Kan noteras att Kelty jobbat länge inom Toyota innan han 2006 började jobba på Tesla.
Att försöka få Tesla att slå av på takten verkar inte vara ett lyckat drag. Och som alltid när det gäller Tesla – fortsättning följer…
VW byter batteriteknologi?
I juli ska VW ta beslut om hur man kommer att gå vidare med investeringarna i det amerikanska start-uppföretaget QuantumScape. Teknologin är ’solid’state Li-battery’ och enligt VW tror man att en körsträcka på 700 km vore rimligt – tre gånger längre än dagens eGolf [2]. VW äger idag endast 5% av QuantumScape, men har option på fler aktier. Personligen tror jag inte att VW kommer byta batteriteknologi i sommar, men att man vill satsa långsiktigt på en kommande mycket attraktiv teknologi ser jag bara som positivt.
Så till dagens huvudtema.
Li-klustret – från atom till fordon
Vi har tidigare skrivit om att man verkligen behöver förstå hela kedjan från atom till fordon, och från fordon till atom, för att kunna förstå och använda ett batteri på ett optimalt sätt. Ibland kan det kännas som att lägga ett 3D-pussel med olika motiv på alla sidor när man ska försöka hålla ihop hur olika driftsparametrar påverkar olika batteriteknologier.
Detta var utgångspunkten när Li-klustret skapades. Uppsala, KTH, Scania och Volvo gick samman i ett forskningssamarbete för att försöka förstå vad som åldrar ett batteri i ett tungt hybridfordon. Finansieringen kom från Energimyndigheten, Scania och Volvo.
Fyra doktorander, en på varje ställe, jobbade med hela kedjan – material i Uppsala, elektrokemi på KTH, och driftsbetingelser på kommersiella celler i fordon på Scania och Volvo. Fyra enskilda projekt som knöts tätt samman för att tillsammans försöka sätta fingret på åldringsförloppet. Matilda Klett (KTH) och Pontus Svens (KTH/Scania) disputerade i maj/juni ifjol (länk) och strax innan jul disputerade Jens Groot (Chalmers/Volvo) (länk). Pontus och Jens jobbar nu vidare med att skapa konkurrenskraftiga elfordon på Scania och Volvo, medans Matilda fördjupar de akademiska frågeställningarna genom en post-doc på Argonne National Lab utanför Chicago.
I fredags var det Rickard Erikssons (Uppsala) tur att försvara sin avhandling; ’Structural Changes in Lithium Battery Materials Induced by Aging or Usage’ [3].
Rickard har med hjälp av olika metoder analyserat hur de aktiva elektrodmaterialen i en cell ändras med avseende på användning och åldring. Både anoder och katoder har analyserats, både från kommersiella celler så väl som potentiella framtida alternativ.
Kommersiella celler
Rickard har, tillsammans med Matilda och Pontus, har visat att elektrodmaterialen åldras olika genom att studera kommersiella celler med en LTO-anod och LCO/LMO-katod. Detta har främst gjorts genom obduktioner av cyklade celler – post-mortem-analyser.
Li-klustret har studerat hur olika körcykler påverkar åldringen. Post-mortemanalyser av cyklade celler visar att cellerna åldras olika beroende på om de använts eller bara legat på hyllan några år. Temperatur- och strömfördelningen är troligtvis inte homogen i cellerna och skapar därför olika slitage i cellen. I denna kluster-gemensamma studie har Rickard visat, med hjälp av diffraktionsstudier, hur det är framför allt katoden som åldras i de effektoptimerade celler som varit i fokus. Att använda cellerna i ett hybridfordon inom ett smalare SOC-fönster är mer optimalt än att cykla cellerna snällt över hela kapacitetsfönstret.
Potentiella nya elektroder
Vad som påverkar elektrodmaterial baserade på NixTiOPO4 och LiFeSO4F har Rickard framförallt studerat med diffraktionsmetoder och försökt förstå hur materialen ändras under olika syntes- och driftsbetingelser.
F-baserade katodmaterial är en grupp material som har potential att slå sig in i framtida Li-jonceller och då är det främst materialens högre kapacitet som är drivkraften. Nyligen presenterades resultat från Karlsruhe där man studerat Li2VO2F [4].
De flesta elektrodmaterial cyklar 1 Li per formelenhet, men forskarna vid Karlsruhe har cyklat 1,8 Li, vilket alltså ger 80% högre kapacitet jämfört med 1 Li. Dock går det inte rakt av att jämföra med övriga katodmaterial då även molmassan på materialet spelar roll för kapaciteten.
Tätt samarbete industri-akademi
En av styrkorna med Li-klustret är det täta samarbetet mellan doktorander med olika bakgrund och frågeställningar – aktivt elektrodmaterial, elektroddesign, elektrokemi, batteripack och fordon. Genom diskussioner har problem kunnat belysas ur ett flertal synvinklar och man har på sätt skapat en djupare förståelse för åldringsproblematiken samtidigt som doktoranderna har fått en bredare förståelse för sina egna observationer.
Grattis Rickard för en fin avhandling och dina pusselbitar till förståelsen kring batteriåldring.
[1] Tesla Pushes Japanese Suppliers as It Seeks Battery Partners. Bloomberg. länk
[2] VW to Decide on New 700 km Range Battery Technology by July. länk
[3] Structural Changes in Lithium Battery Materials Induced by Aging or Usage. Eriksson, Rickard. länk (Avhandling finns som fulltext)
[4] Optimized storage principle and new material increase lithium storage density in cathode material. Green Car Congress. länk