Elbiler driver ekstrem udvikling af batterier

Tjek lige, hvor mange batterier du kan lokalisere inden for en radius af ti meter. Temmelig mange, ikke sandt? Hvis det ikke lige var, fordi Året Rundt 2016 udkommer på noget så old school som papir, så ville du formentlig også sidde og læse denne artikel på en tablet eller bærbar computer.

I dag har vi batterier overalt. De bliver mere og mere effektive og ikke mindst billigere. Den udvikling har stået på siden begyndelsen af 1990’erne, hvor de første lithium-ion-batterier begyndte at finde vej ind i høreapparater. Siden har teknologien udkonkurreret de fleste andre batterityper, og i dag findes lithium-ion-batterier i alt fra mobiltelefoner, robotstøvsugere, håndværktøj og plæneklippere til nødstrømsanlæg, ubåde, passagerfly og elcykler.

Men når eksperter skal pege på en enkelt faktor, som inden for de seneste fire-fem år har sat gang i en helt ekstrem udvikling, så er de enige: elbiler.

‘400 km på en opladning’ – for ti år siden ville det have været utænkeligt, at en elbilproducent udstedte løfter i den størrelsesorden i sin markedsføring. Måske var det teknisk muligt, men prisen for sådan en bil ville være astronomisk. Elbiler kunne maksimalt køre omkring 100 km på en opladning – og helst i godt vejr.

Men det billede blev udfordret af amerikanske Tesla, som i 2012 sendte Model S på gaden, der kunne køre helt op til 400 km på en opladning. Prisen var stadig høj, men salget steg, og pilen pegede ubetinget i retning af, at batteripriserne ville falde gennem masseproduktion.

Det er allerede sket, og med etableringen af Teslas såkaldte gigafabrik i Nevadas ørken er vejen banet for yderligere prisfald. Når fabrikken når sin fulde kapacitet i 2020, skal den producere batterier nok til at forsyne 500.000 elbiler årligt.

Gigafabrikken har desuden sat skub i en bølge af konkurrenter, som har indset, at hvis de ikke også kommer ind i gamet, så kan Tesla og partneren Panasonic risikere at løbe med det hele. Derfor meldes der nu om konkurrerende fabrikker i Asien og ikke mindst Europa, hvor virksomheder som Samsung SDI, LG Chem og Daimler Accomotive kæmper med Tesla om at komme først med en regulær batterifabrik.

Prisen falder

Med så mange batterifabrikker på tegnebrættet er alle enige om, at prisen kommer til at rasle ned. En af dem er Lars Barkler, der er administrerende direktør i virksomheden Lithium Balance, som udvikler den elektronik, der styrer op- og afladning af batterierne.

Lithium Balance har været involveret i flere hundrede udviklingsprojekter, og Lars Barkler har kunnet iagttage, hvordan prisen er faldet støt fra omkring over 700 dollars pr. kWh i 2009, så den i dag ligger på lige under 250 dollars pr. kWh battericelle, altså uden alt det omkringliggende udstyr, som indpakning, køling og styring. Alligevel er det ikke gået helt så hurtigt, som nogen måske havde forestillet sig, og som der måske er udsigt til:

»Da vi startede virksomheden i 2008, var der masser af vilde forudsigelser om, hvor hurtigt priserne ville falde. I dag siger Tesla, at de kan komme ned på 150 dollars og LG Chem siger 145 dollars, men jeg tror, at vi skal nogle år ud i fremtiden, før vi ser de priser,« siger han og understreger, at det også kommer til at handle om udbud og efterspørgsel.

Alligevel er der flere forskere, som forudser, at priserne kan komme helt ned på under 100 dollars pr. kWh, måske endda helt ned på 70 dollars inden for det næste årti. Alle er dog enige om, at det vil kræve storskala-produktion og yderligere optimering af batteriernes kemi.

Haldor Topsøe vil have del i batterier

Lad os for et øjeblik forlade den fabrik, hvor selve battericellerne produceres, og træde endnu et skridt tilbage i fremstillingsprocessen til den fabrik, hvor de enkelte materialekomponenter til batterierne fremstilles. For det er her, der virkelig er gang i udviklingen. Det handler om elektrode- og elektrolytmaterialer, altså de materialer, der skal holde på den oplagrede energi og sikre, at elektronerne ikke ukontrolleret slippes løs.

Det lag af virksomheder indeholder både kæmper som for eksempel Hitachi, BASF og Mitsubishi og en lang række virksomheder, der normalt ikke lige er i rampelyset.

»På mange områder er det jo den samme kemi, som batteriproducenterne bygger deres batterier ud fra. Så den reelle innovation sker, hvor nye materialer til anode, katode og elektrolyt udvikles. I praksis har det betydet, at batterierne er blevet cirka 10 procent bedre hvert af de seneste mange år,« siger Lars Barkler.

Som nogle af de afgørende parametre, der driver udviklingen, peger han på energikapacitet i forhold til vægt og volumen, holdbarhed i forhold til antallet af op- og afladninger samt prisen pr. kWh. Alt det kan optimeres ved at ændre på forholdet mellem materialerne, naturligvis først og fremmest lithium, men også mængden af materialer som kobolt, mangan, fosfor og jern.

En af de virksomheder, der gerne vil have en del i den udvikling, er Haldor Topsøe. Det fortæller Søren Dahl, der er projektchef for forskning og udviklingsaktiviteter inden for batterimaterialer.

»Vi kan se, at mange af vores kompetencer og forskningen inden for katalysatorer kan bruges til batteriteknologi. Så vi satser på at få en fod indenfor, når det gælder materialer til katoder i batterier,« siger han.

Konkret forsøger Haldor Topsøe at øge spændingen i cellerne ved at bruge en kombination af lithium, mangan og nikkel. Men der arbejdes også på at bruge natrium-ion som et alternativ til lithium-ion:

»De enhedsoperationer, man skal mestre for at fremstille batterimaterialer, minder meget om dem, vi bruger til katalysatorfremstilling. Den store forskel er, at i en katalysator foregår aktiviteten på overfladen af materialet, mens den i batteriet foregår i hele materialet,« siger Søren Dahl, som forventer, at den udvikling, Haldor Topsøe er med i, først vil finde vej ud i kommercielle batterier om tre til syv år.

Batterier udjævner døgnudsving

Den sidste store brik, der får hele industrien til at bevæge sig fremad med stormskridt, er behovet for at indpasse store mængder af vedvarende energi i fremtidens energisystem.

Sol og vind producerer ikke altid på de tidspunkter, hvor vi har brug for det, og her kommer batterierne ind som en vigtig del af løsningen. For med faldende priser er det blevet realistisk at tale om at bruge batterier som stationære energilagre.

Stadigt flere elforsyningsselskaber begynder at vise interesse for store batterienheder, som opstilles ude i det lokale elforsyningsnet. Her skal de både kunne lagre mindre døgnvaria­tioner, så forbruget kan udjævnes, og sikre en stabil spænding og frekvens i nettet.

Et af de steder er den nye bydel Nordhavn i København, hvor det lokale netselskab, Radius, i begyndelsen af det nye år vil installere et 460-kWh-batteri på 10-kV-niveau. Dansk Energi forventer, at batterier som det i Nordhavn i fremtiden vil blive et vanligt syn i det danske elnet.

Andre steder i verden kan batterier forsyne hele områder med solcelle-el. Det har Tesla for eksempel gjort på den lille polynesiske ø Ta’u, hvor øens 600 beboere i dag får al strøm fra solceller. Energi bliver lagret i 60 styk Powerpacks på hver 100 kWh. Det sparer årligt det lille øsamfund for indkøb af over 400.000 liter diesel, som normalt blev brugt til at drive øens dieselgeneratorer.

Hjemmebatterier kobler huse af nettet

Så måske er vi på vej hen imod et elsystem, hvor vi i stedet for at koble os til nettet – kobler os af. For med hjemmebatterier, altså mindre batterienheder, som kombineres med et solcelleanlæg, er det ikke bare afsidesliggende øsamfund, som kan skabe deres eget lille mikronetværk – også ganske almindelige borgere i eget hus kan sætte skub i en udvikling, som måske kommer til at overraske energiselskaberne.

Og det er ikke bare grønne entusiaster i sommerhuse, der er interesserede i sådan et anlæg. Allerede i dag har mere end 1.000 danskere investeret i den type anlæg, og langt de fleste sidder på almindelige villaer. I en analyse fra foråret 2016 har Energinet.dk beregnet, at 500.000 husstande i 2040 vil have solceller på taget og have mulighed for at gemme strømmen i et batteri. Det fortæller Jørgen S. Christensen, der er forsknings- og teknologidirektør hos Dansk Energi:

»Allerede inden for de næste ti år tror vi, at der vil være husstande, som simpelthen er uafhængige af elforsyningsnettet i lange perioder. Måske vil de kun bruge nettet i to til fire måneder. Det er helt sikkert ikke den bedste løsning rent samfundsøkonomisk, men det kan godt hænge sammen rent privatøkonomisk på grund af de høje afgifter på el, og så tror jeg, at der også er noget ‘feel-good’ over det,« siger Jørgen S. Christensen.

I USA præsenterede Tesla i april 2015 energi­lageret Powerwall til private husstande, og i løbet af de første uge lå der 50.000 bestillinger plus 25.000 bestillinger af den noget større Powerpack, som er rettet mod industrien.

»Vi ser det ikke som en trussel – der kan være masser af tekniske fordele ved at have batterier siddende ude i elsystemet. Men det er jo klart, at vi bliver nødt til at kigge på, hvordan omkostningerne til elforsyningen skal fordeles i fremtiden,« siger Jørgen S. Christensen fra Dansk Energi.