International Battery Seminar & Exhibition del 1 – fordonstillverkarna och batterier/bränsleceller

skrivet av Johan Scheers (Volvo Cars)
I slutet av mars varje år kan man besöka ”International Battery Seminar & Exhibition” (IBSE) [1], Fort Lauderdale, Florida, för att uppdatera sig om vad som händer inom industrin för uppladdningsbara batterier och inom främst amerikansk batteriforskning.
Förra året presenterade vi två nyhetsbrev från konferensen [2,3] i år blir det fyra utskick med lite olika karaktär. I de två första utskicken presenteras konferensupplägget och ett urval av konferensbidrag i kortformat.
I tredje utskick presenteras uppdaterade siffror för batterimarknaden och elfordonsförsäljningen för 2016 från Avicenne Energy. Det sista utskicket handlar om fastfasbatterier i olika skepnader med utgångspunkt från Blue Solutions kommersiella celler.
Konferensupplägg
IBSE sträcker sig över fyra dagar. Första dagen ges nio tutorials om två timmar var. Följande tre dagar utgörs av ca 120 tekniska presentationer indelade i fyra parallella spår: 1) R&D stream, 2) Manufacturing stream, 3) Applications stream och 4) Engineering stream.
Varje spår har undersektioner som säger lite mer om vad som faktiskt presenteras; next-generation batteries, Li-ion development, emerging energy storage applications, advances in automotive power applications, battery safety osv.
Det finns dessutom två tillfällen att engagera sig i mindre diskussiongrupper ”break-out discussions” om 10-15 personer för att diskutera ett förbestämt ämne. En möjlighet att knyta nya kontakter (eller briljera med snäva djupkunskaper).
Det finns ett mässgolv med ca 80 utställare av instrument, material och tjänster. Mässgolvet rymmer också en nästan försumbart liten posterutställning med 27 bidrag, hopträngda i ett hörn.
Årets upplaga är den 34:e i ordningen och besöks av ca 800 personer. Merparten av besökarna är från företag med någon koppling till batterindustrin; flest amerikaner, närmare etthundra asiater och några tiotal européer.
Alla nordiska länder finns representerade; Sverige genom Northvolt AB, Norge genom en örlogskapten från Norska försvarsmakten, Danmark genom Linak AS, Finland via Freeport Cobalt Oy och det finns (åtminstone till namnet) en islänning på plats.
Sedan finns det även några ”avhoppade” svenskar; Kenneth Engstedt från Qnovo Inc. och Christina Lampe-Önnerud från Cadenza Innovation som är en av konferensens blott fyra plenumtalare.
Presentationer från fordonstillverkare 
BMW (Odysseas Poschas) presenterar en studie där man har inventerat katodmaterial för framtidens celler. Man tror endast att nickelrika oxider kommer vara ett alternativ till 2025. Livslängden för nästa generations katodmaterial är långt från optimerade. På anodsidan tror man endast på kisel på kort sikt som ersättare för grafit.
BYD – Build your dreams (Zhengming Zhang) är världens största producent av LFP-baserade batterier. Under 2016 sålde man celler med en kapacitet av 8.2 GWh eller motsvarande 25% av den kinesiska marknaden. Det var mer än en fördubbling jämfört med 2015 (3.7 GWh). Under 2016 sålde BYD dessutom 100178 new energy vehicles (PHEV+EV), 13278 E-bussar, 3000 E-gaffeltruckar och 859 E-lastbilar.
Framöver kommer BYD att erbjuda Grafit/NMC celler som komplement till Grafit/LFP cellerna i likhet med många andra kinesiska celltillverkare. Bakgrunden är skärpta krav på energidensitet från den kinesiska staten.
Ford (Ted Miller) har undersökt hur generiskt Li-jonbatterier kan beskrivas trots olika kemier, formfaktorer, modul- och packdesigner. En första version av en mjukvara för säkerhetssimuleringar har tagits fram för att försöka förstå vad som triggar externa och interna kortslutningar. Man vill genom mjukvaran bl.a. förstå hur anisotropin hos separatorn (maskinriktning och tvärgående riktning) påverkar säkerheten på systemnivå.
GM (Mark Verbrugge) är intresserade av celler med kiselbaserade anoder för framtiden och visade en studie av halvceller med 2 mikrometer tjocka kiselfilmer som anod. Studien visade att både den övre och nedre spänningsgränsen är viktig för cyklingsresultatet.
Även fullceller, där kiselfilmerna kombinerats med en nickelrik NMC-katod, har cyklats. Vid en ström motsvarande C/3 når man 500 cykler till 80% kapacitet. En irreversibel expansion av kisel sker under de första cyklerna med kraftiga förändringar i morfologi både hos kisel och strömsamlaren i koppar. GM anser att tjocka kiselfilmer är en teknologiskt signifikant utveckling.
Mercedes-Benz (Tobias Glossman) beskriver Li-S celler som ”det stora löftet” och man är involverad i forskning som ska lösa dessa cellers ”elektrolytproblem”. Tillsammans med Argonne National Lab studerar man hur fluorerade molekyler kan användas som lösningsmedel för att hindra polysulfider att lösa sig i elektrolyten.
Tillsammans med MIT Battery consortium så undersöker Mercedes-Benz mekanisk integritet. Målet är att kunna simulera hur batterier deformeras vid krasch. Man konstaterar att lite forskning har gjorts på området hittills.
Mercedes-Benz ser fastfasceller som en lovande teknologi för framtiden som är ”okänslig” för omgivningstemperaturen. Man tror på framsteg att kontrollera elektrod/elektrolytkontakten och cykling av litiummetall redan till 2018.
Man tror på att frikoppla batteritemperaturen från omgivningstemperaturen genom noggrann termisk kontroll för förbättra användbar energi, livslängd och minska laddtid. Man arbetar brett för att täcka in alla aspekter, från aktiva material för förbättrad värmetransport till lösningar på systemnivå. Vissa av dessa aktiviteter sker inom det EU-finansierade forskningsprojektet OSEM-EV.
Tesla, Inc. (Kurt Kelty) belönades vid konferensen med ”Battery Innovator Award” för sina insatser att popularisera elfordon. Man har hittills producerat +90000 fordon (7.5 GWh batterikapacitet) som tillsammans har kört 1.5 miljarder miles. Kunskapen från utvecklingen av fordonsbatterier investerar man nu i stationär energilagring – ”absolutely huge market potential”.
Gigafabriken skall årligen producera 35 GWh (vid full produktion) från år 2020, vilket kommer att sänka kostnaderna med 30% jämfört med idag. Det är möjligt genom ny optimerad cellkemi och design (den nya formfaktorn skall vi kalla 2170 och inte 21700), en konsoliderad leverantörskedja, från material till pack i samma fabrik, hög volym, innovativa tillverkningsprocesser, begränsade paketerings- och transportkostnader.
Tesla tillämpar en ”first priciple approach” för att uppskatta de verkliga materialkostnaderna baserat på de mest kostnadseffektiva processerna från råvara till cellkomponenter. Tesla har säkrat råvarorna för 2017 års produktion; nickel, LiOH, syntetisk + naturlig grafit, kobolt, osv. Man tar ansvar för att råvaror framställts etiskt och lagligt genom besök till gruvor i bland annat Kongo.
De första cellerna i Gigafabriken tillverkades under januari, de första exemplaren av Modell 3 kommer att tillverkas under andra halvåret 2017.
Tesla tror inte på en exponentiell tillväxt av elfordon på kort sikt (< 5 år) utan på en trend som påminner om en ”hockeyklubba”. Hur det ser ut på längre sikt (> 5 år) får marknaden utvisa.
Toyota (Michael Lord) presenterade Toyota 2050 environmental challenge som går ut på att Toyota skall: 1) reducera sina CO2-utsläpp till 10% av 2010 års värde till 2050, 2) optimera företagets användande av vatten, p.g.a. framtida globala problem med vattenresurser och 3) verka för ett framtida samhälle i harmoni med naturen.
Dessa mål skall Toyota nå genom förändringar från gruva till tank; genom hållbar produktion av råvaror, fordonskomponenter och bränsle, genom minskad materialåtgång och genom att koppla rätt fordon till rätt marknad, samt genom minskade utsläpp under körning.
Toyota passerade i januari i år 10 miljoner kumulativt sålda HEV sedan introduktionen av den första hybriden 1997. Till 2020 är målet att ha sålt 15 miljoner HEV.
För framtiden tror Toyota på EV för korta sträckor, bränslecellsfordon (FCV) för mellan till långa sträckor och HEV & PHEV för omfattande användning. För FCV är målet till 2020 att sälja 30000 fordon/år.
Toyota Mirai FCV kostar idag 50000 USD på den nordamerikanska marknaden (45000 USD i kalifornien) efter att Toyota kompenserar köpare för minskade skattelättnader. Man kan alternativt leasa samma fordon för 349 USD/månad och får då på köpet vätgas för tre år (värt 15000 USD).
Referenser
[1] IBSE 2016
[2] OMEV IBSE 2016 #1
[3] OMEV IBSE 2016 #2