Klicka här för att gå direkt till fördjupning >>>
Vill du läsa texten från skriften så klicka på bilden så öppnas den i en egen flik! När du vill komma tillbaka hit stänger du fliken och klickar på fliken bredvid!
Fördjupning
Batteriets historia
Batteriet bygger på att elektroner flyttar sig mellan två ämnen som reagerar med varandra i en kemisk reaktion. Ämnena är placerade i batteriets två poler, en negativt laddad – anoden och en positivt laddad – katoden. Elektronerna kan driva en elektrisk apparat om polerna kopplas så att elektronerna måste passera igenom apparaten på sin väg mellan anod och katod. När spänningen mellan batteriets poler har jämnats ut är batteriet urladdat. Ett batteri benämns cell, vanligen seriekopplas flera till ett pack.
I ett laddbart batteri måste alla reaktioner vara reversibla, alltså gå åt två håll. Detta är komplicerat och därför har det genom åren bara skapats ett fåtal typer av laddbara batterier. Här är några av dem.
1 Blybatteriet blev år 1859 den första laddbara cellen. Elektrodmaterialen bly och blyoxid är tunga och giftiga material, ändå har det viss användning än idag.
2 Edisonbatteriet uppfanns vid förra sekelskiftet som en bearbetning av en fransk uppfinning. Edison införde kadmium som anodmaterial. Det fungerade bra men kadmium är mycket giftigt.
3 NiMH-batterier – eller hydridbatterier – utvecklades i Japan och blev tillgängliga för allmänheten på 1990-talet. Battericellen har flera goda egenskaper och innehåller inga farliga tungmetaller. NiMH-batterier används idag i stor utsträckning i konsumentelektronik som handverktyg, rakapparater osv. En annan stor användning av NiMH batterier är i hybridfordon – Toyota Prius.
4 Litium-batteriet utvecklades även det i Japan och kom i handeln år 1985. Spänningen i ett Li-batteri är högre än i hydridbatteriet, så kapaciteten ökar, men parasitreaktioner – icke önskvärda reaktioner – drivna av den högre spänningen blir svårare att hantera. Till det krävs det så mycket kobolt att batterierna kan kallas koboltlitiumbatterier.
5 De första litiumjon-batterierna kom i praktiskt bruk 1991, i de första lätta laddbara batterierna som vi nu alla bär på. Litiumjon-batteriet är bättre och säkrare än Li-batteriet.
Litium och kobolt
För tjugo år sedan var det vanligt med nickel-metallhybridbatterier i mobiltelefoner och bärbara datorer – idag är det så gott som 100% litiumjon – med kobolt i.
Litium upptäcktes 1817 av svenska kemister, Johan August Arfwedson och Jöns Jacob Berzelius, som renade fram det ur ett mineralprov från Utö gruva. Berzelius namngav det nya grundämnet efter grekiskans ord för sten, lithos. Det tunga namnet till trots är det vårt lättaste fasta grundämne och denna lätthet bidrar till att vi i dag knappt märker att vi har en mobiltelefon i fickan. Rent litium är ett extremt instabilt ämne som måste förvaras i olja för att inte reagera med luften. Litiumbatterierna har orsakat många brandutryckningar.
Världens produktion av litium motsvarar ungefär 4 gram per person och år. Det räcker till våra mobiltelefoner och laptops men inte till alla framtidens elbilar. Dessutom behövs extrema mängder kapacitet till lagring av energi, speciellt när förnyelsebar sol- och vindkraft ska anslutas till näten.
Kobolt är fortsatt en fortsatt viktig ingrediens i elbilsbatterier, även om tillverkarna jobbar för att minska andelen. Omkring två tredjedelar av världens produktion av kobolt finns i Kongo-Kinshasa. Utvinningen av metallen i landet är behäftad med problem i form av barnarbete och dåliga arbetsförhållanden, vilket bland andra människorättsorganisationen Amnesty har konstaterat i en rapport.
Storsatsning i Sverige på batteritillverkning
I takt med att efterfrågan på elbilar ökar och biltillverkarna lanserar fler och fler modeller ökar behovet av batterier lavinartat. Hittills tillverkas de flesta batterierna i Kina eller Sydkorea.
I Sverige bygger Northvolt en ny stor batterifabrik i Skellefteå och samtidigt ett utvecklingscenter i Västerås. Batterifabriken i Skellefteå planeras färdigställd 2024 och då beräknar man vara 3 000 anställda. Första delen ska gå i produktion i slutet av 2021. Enligt företaget ska endast förnyelsebar energi användas i produktionen, vatten- och vindkraft – som ju Skellefteå har nära till. En separat återvinningsfabrik, Revolt, ingår i hållbarhetsarbetet och ska så småningom uppföras intill.
Northvolt har också förvärvat det amerikanska batteriteknikbolaget Cuberg och planerar etablera ett centrum för avancerad teknik i Silicon Valley, Kalifornien, där forskning och batteriutveckling avses ske, under ledning av Cuberg.
Bland Northvolts samarbetspartners finns sedan tidigare BMW, Scania och Siemens. I mars 2021 tecknas en order till Northvolt från Volkswagen till ett värde av 125 miljarder kronor.
https://www.di.se/nyheter/har-reser-sig-northvolts-jattefabrik-som-lovar-10-000-jobb/
Svenska regeringen vill öka produktionen av klimatsmarta metaller.
I mars 2021 skriver Dagens Nyheter att man tillsätter en utredning på 1,5 år för att bl a se över regelverket. Ambitionen är att öka den svenska produktionen av metaller som behövs för elbilar, solceller och mobiltelefoner. Det handlar om ökad självförsörjning för Sverige men också om att minska EU:s beroende av Kina mm.
Metallerna är till exempel litium, kobolt, vanadin, grafit, tellur och så kallade sällsynta jordartsmetaller. Gruvbrytning innebär ofta konflikter – här finns gruvbolagen som vill bryta de åtråvärda metallerna, här finns hård miljökritik, här finns samernas kamp för att värna sina renbetesmarker
”– Ja, det är en svår fråga. Från gruvindustrin talar man mest om att reglerna för att få tillstånd är oförutsägbara men vi behöver ta ett helhetsgrepp och ta hänsyn till alla motstridiga intressen, säger näringsministern.”
https://www.dn.se/ekonomi/regeringen-vill-oka-produktionen-av-klimatsmarta-metaller/
Kan batterier göras mindre miljöfarliga?
Vilka är fördelar och begränsningar med olika alternativ? Här är några exempel:
Spåra kobolten
Enligt egen utsago blir Volvo första biltillverkare att använda sig av tekniken för spårbarhet av kobolt till batterier. Man inför en teknik som bygger på s k blockkedjor för att hålla koll på var kobolten kommer ifrån, skrev Ny Teknik 2019.
https://www.nyteknik.se/fordon/volvo-sparar-kobolten-med-hjalp-av-blockkedja-6977730
Eliminera kobolten
Ett litiumjonbatteri utan kobolt har utvecklats av det amerikanska energidepartementets labb, ORNL, skrev Elektroniktidningen år 2020.
https://etn.se/index.php/nyheter/66572-koboltfritt-litiumbatteri-ska-kommersialiseras.html
Utveckla NiMH-batterier
Forskare vid Stockholms universitet har utvecklat en metod för att flerdubbla livslängden för nickel-metallhydridbatterier. Den nya metoden gör att batterierna enkelt kan återställas när de väl har börjat slitas ut, till skillnad från andra laddningsbara batterier som måste smältas ner för att kunna återvinnas.
Professor Dag Noréus arbetar tillsammans med doktor Yang Shen, vars avhandling 2018 varit en central del i arbetet.
– Den här batteritypen är väl lämpad för att under lång tid jämna ut belastningen i elnätet på alla nivåer, vilket är en förutsättning för ett fossilfritt samhälle, när intermittent (tidsmässigt oregelbunden) sol och vindkraft ska anslutas till nätet. – Ny batteriteknik är ett stort steg på vägen. Just nu är Sverige världsledande inom segmentet laddningsbara NiMH-batterier, säger de två forskarna.
Har du tips på material som skulle passa här?
Hör i så fall gärna av dig till gittan@frejhagen.se med en egen text eller en länk. Skriv också en kommentar om varför materialet är intressant.
Stort tack för om du bidrar till att vi kan hålla detta klimatmaterial aktuellt!