Laddar för Europas batteriindustri

För de flesta av oss är batterier en mogen produkt. Men så är det inte. Forskarna i det EU-finansierade forskningsinitiativet Battery 2030+ tror att batterier som är fem-tio gånger mer effektiva än dagens är inom räckhåll. Det skulle kunna boosta den snabbväxande batteriindustrin i Europa.

Vi använder mer och mer batterier, i konsumentprodukter, i fordon och i industrin. Batterier har många fördelar, men det finns också problem med kritiska metaller, med för låg grad av återvinning och importberoende. EU satsar därför nu stort på forskning och utveckling för batterier. Ett av de större initiativen, och framförallt det med lång horisont, är Battery 2030+ som leds från Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet av professor Kristina Edström. Hon har ägnat hela sin forskargärning åt just batterier.
– Många lågt hängande frukter vad gäller batterier är redan plockade, men det finns ändå mycket kvar att göra, säger Kristina Edström. För att väsentligt förbättra prestanda på batterier måste vi lära oss mer om de komplexa elektrokemiska reaktioner som sker inne i batteriet under drift. Forskningen kretsar mycket kring nya kombinationer av material, med olika egenskaper för olika tillämpningar. Vi kemister älskar ju att labba, men nu har vi stigit in i datorvärlden. Precis som läkemedelsindustrin testar vi tänkbara substanser i tusental digitalt, där endast de lovande kandidaterna går vidare till riktiga labbförsök. Det sparar många timmar i labbet och accelererar forskningen.

Varför åldras batteriet – egentligen?
Principen för ett batteri är enkel, men i likhet med många naturvetenskapliga processer ökar komplexiteten snabbt när olika parametrar spelar mot varandra. Det finns utmärkta modeller som beskriver elektrokemiska data, men färre på battericells- och systemnivå. För att försäkra sig om att modellerna stämmer ökar datamängderna snabbt när man kommer upp på systemnivå, som i ett batteripack. Här kommer maskininlärning och AI in i bilden. Datadriven design med modeller som speglar den fysiska världen med den maskininlärda, är en tung del i Big-Maps forskning, det i särklass största av projekten. (Big står för Battery interface genome och Map för Materials acceleration platform). Big-Map kommer att ge värdefull kunskap i realtid om skeendet inne i batteriet under upp- och urladdning, och bidra till detaljerad förståelse av batteriets gradvisa åldrande. Till skillnad från biologiskt liv finns ingen självläkande förmåga i batterier.
– Men vi tänkte att man borde kunna ändra på det, säger Kristina Edström. Delvis inspirerade av senare års målsökande läkemedel tittar vi på att införa självläkande mekanismer i batteriet. Det kan vara små mikrokapslar som vid en viss temperatur spricker och skickar ut ämnen som minskar åldrandet. Det kan vara specialdesignade kiselnanopartiklar inbäddade i polymera material, som motverkar sönderfallet inuti batteriet, eller en elektrisk impuls som ”skjuter” sönder det plack som bildas inne i batteriet och bidrar till åldrandet. Det är våra projekt Bat4ever och Hidden som fokuserar på detta.

Dags för sensorer i batteripacken
En förutsättning för att förstå processerna inne i batteriet är naturligtvis också att kunna mäta spänning, ledningsförmåga, temperatur och andra parametrar. Men de flesta batterier saknar sensorer som känner av batteriets tillstånd. Anledningen är att sensorerna helt enkelt varit för dyra, klumpiga eller påverkat batteriets prestanda. För att bli kommersiellt gångbara måste sensorerna bli både mycket mindre och billigare. Den utmaningen har de tre projekten Sensibat, Instabat och Spartacus, ofta i samarbete med fordonsindustrin, tagit sig an på olika sätt.
– Sammantaget har vi en del att jobba på. Jag är övertygad om att den europeiska fordons- och batteriindustrin kommer att ha stor nytta av våra forskningsresultat som nu börjar ramla in, avslutar Kristina Edström.

Klicka här för att läsa mer om Battery 2030+