Second-life för elbilsbatterier – Applikationer, möjligheter och utmaningar

Möjligheten att återanvända elbilsbatterier i andra applikationer (så kallat second-life) har diskuterats i många år, bland annat gjordes en statusuppdatering i omEV år 2019 [1]. Applikationer tros ofta vara stationära och inkluderar: mikronät, smarta elnät, backup till förnyelsebar elproduktion och frekvensreglering [2]. Men det är först nu som second-Life batterier i stor skala har möjlighet att realiseras. En allt större elfordonsflotta innebär att tillgången på ”uttjänta” elfordonsbatterier kommer att öka. Enskilda prognoser pekar på aggregerade kapaciteter på upp till 200 GWh för second-life-batterier till ett värde på över 30 miljarder USD år 2030 [2]. Exakt när ett elfordonsbatteri inte längre är acceptabelt i sin ursprungliga fordonsapplikation är dock inte skrivet i sten. Ett nyckelkoncept är State-of-Health (SOH), vilket ofta definieras som: ”den nuvarande batterikapaciteten jämfört med den ursprungliga batterikapaciteten” [2]. Ett förslag från FN-organet UNECE har preciserat acceptabla nivåer för fordonstillverkarnas garantier: högst 20 procent degradering efter 5 år eller 100 000 km och högst 30 procent degradering efter 8 år eller 160 000 km [3]. Det är klart att det finns många faktorer som kan påverka hur ett batteri åldras, men det finns tecken på att med rätt brukarprofil kan elbilsbatteriet bibehålla tillräckligt hög SOH även efter 8 år [4], kanske till och med upp till 20 år [5].

Dagens nyhetsbrev är en genomgång av status för second-life-marknaden för elbilsbatterier, i huvudsak baserat på en nyligen publicerad litteraturstudie [2] samt från en intervju med Hanna Persson som är CTO på företaget Battery Loop [6].

Batteritestning är kritiskt men komplext

Första steget i second-life-processen är testning av SOH. Det finns ett antal åldringsmekanismer för litium-jonbatterier och deras förhållanden sinsemellan är komplexa [2]. Detta bidrar till att det kan vara svårt att testa SOH på ett enkelt sätt, t ex för att bedöma kvarvarande livslängd [6]. Detaljerna kring detta är dock inte fokus i detta nyhetsbrev. Vid intresse så rekommenderar jag att läsa litteraturstudien från Shahjalal et al (2022) [2]. Klart är att batterierna behöver gå igenom test- och kvalitetssäkring för att kvalificeras till att användas i second-life-applikationer.

Processen till nya applikation är inte standardiserad

En vanlig missuppfattning kring second-life är att det i stort sett bara är att sätta in batteriet i en ny applikation, vilket inte är fallet [6]. En utmaning för second-life-aktörer är bristen på standardiserade elbilsbatterier, vilket försvårar både anpassning och matchningen till andra applikationer. I regel behöver elbilsbatterierna demonteras, modifieras och sedan ommonteras innan användning i en ny applikation [2]. Prismatiska celler uppges vara de enklaste att anpassa, följt av pouch-celler, svårast är cylindriska celler (reds. anm., som t ex Tesla använder). Bristen på standarder på pack- och cellnivå innebär att denna process i regel är omfattande [6], även om försök pågår att automatisera [2]. En generell uppskattning är att det tar närmare 8 timmar att demontera ett elbilsbatteri och att processen för uppbyggnad är ungefär lika tidsintensiv [2]. Beroende på vilken applikation batteriet ska användas till kan även modifieringar ske i pack-konfigurationen [2].

Second-life-batterier konkurrerar med nyproducerade batterier och återvinning

Kvarvarande kapacitet (SOH) är i regel mellan 70 – 80 procent när ett elbilsbatteri kan användas i second-life-applikationer [2]. Undantaget är batterier från ”over-supply” eller krockade bilar, vilket dock fordonstillverkarna är tveksamma till att tillåta [6]. Krockskadade batterier får heller inte transporteras hur som helst då de klassas som ’farligt gods’. Idag exporteras många av dessa fordon till utvecklingsländer som t ex Ukraina [5].

Den huvudsakliga kommersiella utmaningen för second-life-batterier är att säkerställa ett lägre pris jämfört med nyproducerade batterier. Kostnaden består av mer än inköpskostnaden, där personalkostnader, administration, övrigt material och garantier kan stå för en större andel än inköpskostnaden [2]. En riskerat kortare livslängd kombinerat med ovan testnings- och anpassningskostnader kan leda till högre livscykelkostnader för second-life-batterier [2]. Snabbt sjunkande batteripriser gör också nyproducerade batterier konkurrenskraftiga i allt fler applikationer [2].

Studier som har gjorts pekar på att ett konkurrenskraftigt pris för second-life-batterier till slutkund är ca €38/kWh [2]. Andra studier har konkluderat att priset för ett second-life-batteri inte får överstiga 80 procent av priset på ett nyproducerat batteri för att kunna konkurrera [2].

Fordonstillverkarna och batteritillverkarna bör vara bra positionerade inom second-life på grund av befintlig kunskap och utrustning samt förväntad god tillgång till ”uttjänta” batterier [2]. EU-kommissionens förslag för regleringar av batteriindustrin verkar dock ha skapat osäkerhet hos en del aktörer. Ett eventuellt krav på att användning av återvunnet material i nyproduktion av batterier kommer enligt ett antal branschaktörer att hämma second-life [7], t ex genom att vissa fordonstillverkare tvingas återvinna istället för att återanvända [6]. Andra, inklusive Northvolt, är mer positiva till kommissionens förslag [8].

Batteribyten – en möjlighet för second-life-batterier?  

omEV har tidigare skrivit om batteribyten (’battery swap’) som nu börjar ta fart i Kina [9]. Nyligen presenterade även CATL (världens största celltillverkare) ett helhetskoncept för batteribyten [10]. Konceptet består av standardiserade ”batteriblock”, en batteribytesstation och en app. En intressant aspekt med CATL:s koncept är att batteriblocken kan eftermonteras i befintliga elbilar, vilket kan öppna upp batteribyten för en större marknad. Det återstår att se hur framgångsrika CATL:s batteribyten blir. Det är dock relevant från ett second-life-perspektiv. Standardiserade batterier (drivet av batteribyten) minskar ett antal av de utmaningar som har beskrivits i denna text och aktörer som CATL bör därmed vara väl positionerade att bli stora inom second-life-industrin.

Egen kommentar

Second-life frågan börjar gå från ord till handling, inom några år kommer stora mängder elbilsbatterier att behöva hanteras. Eller kommer elbilsbatterierna användas betydligt längre än ca 8 år i fordonsapplikationer?

Det kan inte vara helt lätt att göra långsiktiga planer inom second-life-industrin. Det finns många faktorer som påverkar affärsmodellen: prisutveckling på nya batterier, regleringar, återvinning, standardisering (eller bristen på) osv. En aspekt som jag inte lyckades hitta några källor om är miljöpåverkan. Till exempel, hur skiljer sig miljöpåverkan mellan: a) nyproduktion -> second-life -> återvinning mot b) nyproduktion -> återvinning? Frågan är relevant då eventuella utsläppskillnader troligen kommer att prissättas genom skatter i framtiden. Har någon läsare mer info om miljöpåverkan så får ni gärna höra av er.

Referenser

[1] omEV. 2019. länk

[2] Shahjalal, Mohammad, et al. ”A review on second-life of Li-ion batteries: Prospects, challenges, and issues.” Energy (2021): 122881. länk

[3] UNECE. 2021. länk

[4] Battery University. 2019. länk

[5] Hans Eric Melin. Seminarium “A Second Life For EV Batteries”. 2022. länk

[6] Intervju med Hanna Persson, CTO Battery Loop. Januari 2022

[7] Avere. 2022. länk

[8] Northvolt. 2021. länk

[9] omEV. 2021. länk

[10] Cleantechnica. 2022. länk