Trender och ledande miljöer inom batteriforskningen

av Hans Pohl, Patrik Johansson och Magnus Karlström

Vi har nyligen studerat hur batteriforskningen utvecklas och undersökt vilka de ledande miljöerna är. Projektet finansierades av Energimyndigheten. Resultatet ska presenteras i april 2024 på EVS-37 [1]. Nedan följer en sammanfattning ur ett svenskt perspektiv.

Metod: Publikationsanalys och intervjuer

Studien baseras på analys av vetenskapliga publikationer och intervjuer med ledande batteriforskare i Europa, editors för batteriinriktade tidskrifter, samt personer som arbetar med batterifrågor på bilföretag i Sverige. Den bygger på en förfinad metodik från tidigare ansatser sedan 2020 [2-4].

Intervjuer och publikationsanalys gjordes parallellt, dvs. de som intervjuades gav sina svar utan påverkan av publikationsanalysen – vilket ledde till ganska stora och intressanta skillnader mellan intervjudata och publikationsanalys, se nedan, och slutligen hade vi en avslutande workshop då de intervjuade fick ta del av och diskutera alla resultat.

Kina dominerar i volym

Utvecklingen för samtliga batteripublikationer 2013 – 2022 visar att Kinas publikationsvolym ökar stadigt, världsandelen 2022 var 57%, dvs. mer än varannan batteripublikation hade minst en författare med en kinesisk anknytning (Figur 1). Världsandelen minskar därför för flertalet övriga länder. Ett undantag är Sverige, som lyckades behålla en andel om cirka 1% över hela tidsperioden.

Figur 1: Årlig volym batteripublikationer för valda länder

Analys av trender inom olika batteriteknologier

Vi delade dessutom upp batteripublikationerna i följande teknologier (där * betyder alla varianter i kombination med efterledet):

• Alla batteri-relaterade publikationer
• Litium men inte litium-svavel eller litium-luft
• Na, K, Mg, Ag, Zn, Ca eller Al men inte *-svavel eller *-luft
• *-svavel eller *-luft
• Organiska eller vattenbaserade
• Redox-flow
• Solid-state

Det bör noteras att samma publikation kan tillhöra flera grupper och att B – G är undergrupper till A. Antalet publikationer per teknologi visar att profilerna skiljer sig en del mellan olika länder och att det är mycket stora skillnader i antal publikationer som berör litium jämfört med till exempel organiska eller vattenbaserade teknologier (Figur 2).

Figur 2: Fyra länders batteriforskningsprofil (2018 – 2022)

Världsandelen för respektive teknologi och land, och för två olika tidsperioder visar att Kinas relativa dominans ökar inom alla teknologierna och störst är den inom D (*-svavel och *-luft), där nästan tre av fyra publikationer har medförfattare med kinesisk anknytning (Figur 3). Relativt sett är Kinas dominans minst inom solid-state, där de ”bara” är med i varannan publikation. Sveriges världsandelar är svåra att urskilja, men vi ligger ganska jämnt kring en procent i alla teknologierna med ett par undantag; 2% för organiska eller vattenbaserade, och något lägre än 1% för *-svavel och *-luft.

Figur 3: Andelar av världsproduktionen för olika teknologier och länder, två tidsperioder

Intervjuerna om ledande miljöer

Ett huvudtema för intervjuerna var att fråga efter de ledande miljöerna inom de olika batteriteknologierna – där de som intervjuades själva fick definiera vad som kännetecknar en ledande miljö. Det som återkom var att en ledande miljö förmår kombinera bredd med djup samt att de har publicerat en längre period inom området. I ett par fall nämndes även betydelsen av kopplingar till industrin.

Metod för att hitta ledande miljöer och jämförelse med intervjuresultat

Översatt till publikationsbaserade indikatorer motsvaras detta ungefär av stor publikationsvolym och ett högt citeringsgenomslag. Vi använde en fältnormerad indikator, field-weighted citation impact, FWCI, för citeringarna, vilken jämför antalet citeringar för samma år inom samma fält och inom samma typ av publikation med varandra. Globalt blir genomsnittet 1 men för batteriområdet är det klart högre i de flesta fall, vilket betyder att publikationerna blir mer citerade.

De miljöer som nämndes vid intervjuerna (gröna romber) och de 50 största institutionerna i termer av publikationsvolym inom, i detta fall, litiumbatterier (orange cirklar) överlappar delvis (Figur 4). Bokstäver (intervjudata) och siffror (publikationsdata) refererar till Tabell 1. I en del fall, exempelvis ”B”, pekas miljön ut både i intervjun och i publikationsdata. Institutioner som Chinese Academy of Sciences är inte med i diagrammet eftersom de inte är att betrakta som sammanhållna miljöer utan snarare som paraplyorganisationer till flera institutioner.

Figur 4: Ledande miljöer inom litiumbatterier (2018-2022)

Det kan noteras att samtliga miljöer har högt eller mycket högt citeringsgenomslag varför topp 50 valdes endast utifrån publikationsvolymen under tidsperioden 2018 – 2022.

Tabell 1: Ledande miljöer inom litiumbatterier och förklaring till Figur 4

Motsvarande för ”nästa generations batterier” visar på många miljöer som inte nämnts i intervjuerna (Figur 5) och det är primärt kinesiska miljöer som inte är med på de intervjuades topplistor (Tabell 2).

Figur 5: Ledande miljöer inom ”post-litium” batterier (2018-2022)

Tabell 2: Ledande miljöer inom ”post-litium” batterier och förklaring till Figur 5

Avslutande kommentarer

Vad visar studien om batteriforskningen? Den visar att batteriforskningen ökar mycket snabbt i omfattning och att Kina dominerar alltmer i alla teknologier. Batteripublikationer är normalt sett väl citerade. Uppdelningen i olika teknologier liksom en del andra områden som exempelvis batteritillverkning visar hur länderna prioriterar. Är fokus på teknologier som redan är på marknaden eller ligger det mer på eventuella kommande lösningar? I viss mån återspeglas också vilken industri som prioriteras. Är bilindustrin stor i landet kan mer marknadsmogna lösningar få prioritet. För mindre länder som Sverige kan det finnas anledning att diskutera om vi bör fokusera på några teknologier för att nå kritisk massa eller om vi ska fortsätta med en bred ansats för att gynna nästa generation batterier och industrier.

Skillnaden mellan intervjuerna och publikationsstudien är intressant – med flera möjliga orsaker: i) vi intervjuade endast personer i västvärlden, ii) ”topplistorna” baseras på många fler aspekter än de som publikationsstudien omfattar, och iii) batteriområdet förändras mycket snabbt och det är svårt att följa utvecklingen. Det sistnämnda är särskilt intressant eftersom en kritik mot publikationsstudier är att de speglar gårdagen, men studien indikerar att intervjuer inte helt säkert ger en mer aktuell bild.

Referenser

[1] Pohl H, Johansson P and Karlström M (2024 forthcoming) Trends in battery research publications 2013 – 2022, to be presented at EVS-37

[2] 2020-02-09 Trender akademiska publikationer om fordonselektrifiering

[3] 2022-11-20 Forskning och innovation på batteriområdet

[4] Pohl H and Karlström M (2023) Academic and Corporate Vehicle Electrification Research, World Electr. Veh. J. 14(71), https://doi.org/10.3390/wevj14030071