Batterier – En titt på framtidens teknik

Elektromobilitet är framtiden. Juridiska förutsättningar och biltillverkarnas framtidsprognoser gör det till en självklarhet. I de flesta tillämpningar är elmotorn tveklöst överlägsen förbränningsmotorn vad gäller teknik, miljö och ekonomi. Det finns dock oklarheter när det gäller själva hjärtat i en eldrivlina: batteriet. Det är inte alltid lätt att bedöma ett batteris prestanda eller dess påverkan på klimatet. Detta leder ofta till osäkerhet och ibland till heta diskussioner.    

För att uttrycka det enkelt: de två huvudfaktorerna som bestämmer ett elfordons räckvidd har båda att göra med dess batteri – effekttätheten och kapaciteten. De litium-NMC-batterier och litium-NCA-batterier som är vanligast idag har för närvarande en volymetrisk energitäthet på cirka 400 wattimmar (Wh) per liter volym. Om man, som exempel, tar en bil med en batterikapacitet på cirka 75 kWh leder det till en räckvidd på 300 till 400 kilometer i verkligheten. Experterna tror att den volymetriska energitätheten kommer att öka med ytterligare 50 procent under de kommande tio åren, vilket gör det möjligt att uppnå räckvidder på 600 kilometer. Litium-järn-fosfat batterier (LFP), som i framtiden allt mer kommer att användas i eldrivna lastbilar, erbjuder också nya möjligheter.

Laddningstiden är en annan avgörande aspekt för möjliga tillämpningar av batteridrivna bilar och lastbilar. Den påverkas främst av den maximalt tillåtna laddningen och urladdningsströmmen. Ju större relationen är mellan laddningsström och batterikapaciteten för en given batteristorlek (känt som C-rate), desto kortare blir laddningstiden, åtminstone vid ett laddningstillstånd (SOC) mellan 10 och 80 procent. Om batteriet ska laddas helt fullt med de sista 20 procenten ökar laddningstiden avsevärt. Bilen i exemplet ovan skulle behöva ladda cirka 35 minuter vid en snabbladdningsstation på 125 kW vid normal utomhustemperatur för att ”tanka” 55 kWh energi, eller 280 kilometers räckvidd, och återgå till ett laddningstillstånd på 80 procent.

Det finns även en viss osäkerhet kring frågan om hur stor påverkan frekvent snabbladdning har på ett batteris livslängd. Det är dock tydligt att långsam laddning i grunden är bra för batterierna. Tillverkarna definierar batteriets livslängd främst i termer av ett garanterat antal laddningscykler. Till exempel kommer ett bilbatteri som garanterat håller i 1 000 cykler att ge en total körsträcka på cirka 160 000 kilometer under sin livslängd. I det finstilta påpekar dock tillverkarna ibland att elbilen om möjligt ska köras inom ett laddningsintervall på 20–80 procent och ska vara fulladdad endast under planerat längre resor, eftersom detta är det enda sättet att uppnå den garanterade livslängden för batteriet. Tydligt är det många villkor som måste uppfyllas, vilket inte gör det lätt för den genomsnittlige användaren att på ett tillförlitligt sätt bestämma laddningstid, räckvidd, total körsträcka och därmed fordonets livslängd.

Garanterad klimatvänlighet?

För att bedöma ett batteris klimatnytta är dock fordonets livslängd central i frågan. Med tanke på hur energikrävande tillverkningen av ett batteri är, har batteriet en ganska stor koldioxidbelastning också när körsträckan är noll. Det betyder att ju längre total körsträcka som uppnås, desto mer fördelas denna koldioxidbelastning på antalet körda kilometer och desto mer klimatvänligt blir elfordonet jämfört med ett fordon med förbränningsmotor. Om vi antar att bilen, vi nu har som exempel, laddas med enbart förnybar el och att bara grön el användes för att tillverka batteriet då kommer dess utsläpp av växthusgaser över tillverkarens garanterade totala körsträcka att vara cirka 90 procent lägre än för ett modernt dieselfordon. För lastbilar är siffran ännu bättre – över 95 procent – tack vare deras längre körsträcka. Det här är resultatet av nya beräkningar från DACHSERs avdelning Corporate Research & Development.     

Även om batteritillverkningen inte använder grön el, utan istället dagens elmix och produktionsförhållanden i EU eller Kina, kommer en eldrivlina fortfarande att uppnå minskningar av koldioxidutsläppen på minst 90 procent (Europa) och 85 procent (Kina) för lastbilar, och minst 80 procent respektive 65 procent för bilar. Det visar att koldioxidbelastningen från batteritillverkning inte spelar så stor roll för lastbilar. När det gäller personbilar bör dock batteritillverkningen så snabbt som möjligt gå över till toppmoderna standarder och 100 procent förnybar el för att dra nytta av hela potentialen för klimatskydd hos batterielektriska drivlinor.     

Förutom utsläpp av växthusgaser måste även andra miljömässiga och sociala effekter tas i beaktning. Problematik kan i första hand uppstå vid utvinning av de råvaror som krävs för drivlinans batterier. Beroende på vilka kemiska element och processer som omfattas måste praxis i vissa länder och regioner i detta avseende kritiskt övervakas och åtgärdas genom framför allt lagstiftningsåtgärder.

Att byta till helt elektriska bilar och lastbilar kräver att förare och ansvariga för fordonsflottor tänker nytt och framför allt är öppna för dessa nya arrangemang. Resan mot framtiden kommer ibland att vara tuff, särskilt under de första åren av den kommande omställningen. Men det finns inget alternativ. Där dagens fordonsteknik och dess ekonomi befinner sig finns det inget annat tekniskt alternativ som klarar att uppnå den effekt för klimatskydd som utsläpp nära noll innebär. Biltillverkarna måste fortsätta att utveckla batteriteknikens prestanda och hållbarhet samt omvandla en teknik som idag fortfarande är komplex till en lättanvänd innovation som människor gärna börjar använda.