2018-04-11

Ett litiumbatteris långa livsresa i 3-4 steg

Vi följer upp föregående inlägg om Northvolts batterifabrik med ett inlägg för att reda ut vanliga missförstånd kring litiumbatterier. Vi kikar här närmare på hur länge ett litiumbatteri kan användas, hur det kan användas och om det kan återvinnas när de inte längre går att användas i vare sig elbilar eller som begagnade lagringsenheter till hushåll tex.

Till att börja med bör en känna till att litium är ett av jordens mest vanligt förekommande grundämnen och att människan bara börjat utvinna detta. Bristen på litium det talas om nu och som fått priset på metallen att rusa de senaste åren har alltså att göra med att utvinningen ligger efter en accelerande efterfrågan inte att det råder brist på jorden eller kommer göra det inom överskådlig framtid. De största fyndigheterna finns dock i haven men innan dessa blir aktuella kommer förhoppningsvis andra batterier utvecklas, helt eller delvis av organiska material.

Ett litiumbatteris livscykel kan delas in i tre till fyra delar som vi går igenom kort nedan.

Steg 1: Litiumbatteri i elbilar eller smarta manicker

Ett helt nytt litiumbatteri används idag i främst smarta manicker som smartafåner, laptops, paddor och liknande. Men i ökande grad och på grund av den relativa storleken per enhet i elfordon som elbilar, mindre lastbilar, elcyklar, elmopeder, elskortrar mm.

Ett litiumbatteris liv kan tex börja i en elbil där det kan upprätthålla minst 80 % av elbilens ursprungliga räckvidd i mellan 10-15 år men det kan utan problem användas som elbilsbatteri i nästan 25 år. Laddas litiumbatterier till 100 % och laddas ur ner till 0 % visar flera studier att laddningskapaciteten kan sjunka till 70 % efter 16 000- 24 000 mil. Den stora variation beror på hur bilen laddas men de flesta elbilsägare lär sig att normalt inte ladda bilen till mer än 80 % och sällan under 20 % vilket förlänger livslängden/laddningskapaciteten till över 80 % även efter 10 år.

Djupdykning om litiumbatteriers livslängd, sevärd video av Ben Sullins nedan

Steg 2: Litiumbatteri som del av energisystem i hushåll och fastigheter

Ett litiumbatteri som inte längre lämpar sig för elbilsbatteri då räckvidden kanske kommit ner till säg 85 % av vad det hade när det var nytt kan fortsätta sitt liv som tex energilagringsenhet i hushåll och bli hjärtat i ett system där en sol och/eller vind-anläggning används för att generera el och skapar ett överskott som kan lagras i batteriet, eller när sol och vind inte ger tillräckligt bidra till hushållets elbehov.

I Sverige är än så länge andrahandsmarknaden för litiumbatterier tämligen liten av den enkla anledningen att vi varit sen på pucken när det gäller satsningen på elfordon och lagringsenheter för hushåll men det håller på att förändras snabbt. Det dröjer dock rätt många år innan batterier dyker i några större volymer helt enkelt för att de flesta behåller sina elbilar även när laddningskapaciteten sjunker. Det är dock annorlunda för elbussar som kör intensivt och kanske inte har marginalerna för att klara 10 % kortare körsträckor efter 3-4 år om laddningskapaciteten sjunkit så mycket. Vi har tidigare skrivit om att Riksbyggen i Göteborg med det så kallade Viva-projektet planerar att använda använda uttjänta litiumbatterier för hushålls -och fastighetslagring av el från solceller. Tanken är att batterier som inte längre kan användas av elbussarna på linje 55 i Göteborg då lagringskapaciteten kanske är nere på 70-80 % (kapaciteten minskar snabbare, de körs till skillnad mot privata elbilar varje dag) -fortsätter sitt liv som hushålls- och fastighetsbatterier. Kanske dyker några av dessa elbussbatterier upp i år och blir lagringsenheter i någon större fastighet.

Johan var med vid invigningen av Göteborgs första elbusslinje sommaren 2015

Men samtidigt är det viktigt att förstå att det normalt tar lång tid innan ett elbilsbatteri blir aktuellt för steg 2 och kan bli en lagringsenhet för hushåll. Om säg Hyundai Ioniq Electric som vi provkört med en video här tidigare (med en räckvidd på pappret på upp till 280 km) i blandad körning uppskattningsvis kommer 23 mil, innebär det att en minskad laddningskapacitet ner till 85 % av ursprunget,  att denna elbil fortfarande skulle komma drygt 19.5 mil på en full laddning. Detta skulle förvisso försvåra för långa resor där avstånden mellan snabbladdare ofta kan vara längre än 20 mil men skulle för många vara fullt tillräckligt för vardagsresor.

Detta är bara ett exempel, med en Tesla Model S (med ett 85 kWh batteri) kommer vi lätt 34 mil på en full laddning vilket innebär att om batteriet sjunker till 85% av sin ursprungliga laddningskapacitet kommer vi fortfarande runt 29 mil på en laddning vilket är mer än nog för att täcka avståndet mellan någon av Teslas många snabbladdningsstationer. Detta har vi prövat flera gånger både under sommar och vintertid bland annat i Norge och under en 430 mil lång elbilsresa i Västeuropa

Kan ett Tesla-batteri användas för ett off-grid system med solcellspaneler? Ja det går alldeles utmärkt. 


Steg 2.1: Gamla litiumbatterier ger nytt liv åt ombyggda fossilbilar 

I USA är andrahandsmarknaden för litiumbatterier växande med bland annat 10 000-tals Nisan Leaf -elbilar på vägarna och många elbilar generellt som varit med om olyckor (inklusive Tesla Model S och Model X) där bilarna inte längre går att använda men batterier är intakta. Dessa säljs som hela batteripack eller som moduler och är mycket större lagringsenheter än de som säljs av ledare som Teslas Powerwall 2-batterier (dock ej industribatterierna Tesla Powerpacks). Vad som är värt att notera här att detta inte bara öppnat upp för omvandlingen av litiumbatterier i elbilar till hushållsbatterier. Det har även lett till att bilverkstäder och bilentusiaster börjat specialisera sig på att bygga om befintliga bensin och diesel-bilar till elbilar där bilarnas chassi mm behålls men får ett begagnat litiumbatteri och en ny eller använd elmotor.

Jodå det går utmärkt att ta hand om gamla litiumbatterier och stoppa in dem i ombyggda fossilbilar och de nytt fräscht liv!
 

Detta är en resursmässigt och miljömässigt hållbar lösning som har många fördelar. Bilentusiaiter kan behålla sin klassiska bilar tex och sin hobby utan att bidra med ökade utsläpp genom att helt enkelt omvandla utsläppsbovar till 0-utsläppselbilar och förlänga livet i redan producerade bilar.

Vi känner dock till flera personer i Sverige som byggt om sina veteranbilar till elbilar, något vi lär se mer av framöver när miljözoner för bilar införs.

Steg 3: Tillbaka till batterifabriken för nedmontering och sedan återanvändning i ett nytt batteri

När litiumbatteriet inte längre kan användas som lagringsenhet i ett hushåll eller som elbilsbatteri i en begagnad ombyggd bil kan det återsändas till batterifabriken för nedmontering och sedan bli del av ett helt nytt batteri. Redan idag finns det tre stora företag som återanvänder litiumbatterier i kommersiell skala, något som Ny Teknik rapporterade om i i en läsvärd artikel igår. Ett av dessa är kinesiska Contemporary Amperex Technology eller CATL som de ofta kallas, vilket är en av världens största batteritillverkare och via sitt dotterbolag Brunp återanvänder litiumbatterier.

Med hjälp av en hydrometallurgisk återvinningsprocess behandlas batteriet först mekaniskt så att plast, aluminium, koppas och stål separeras från de aktiva elektrodmaterialen. Sedan tillsätts olika syror för kunna genomföra en kemisk separering av materialen. På detta sätt kan litium, nickel och mangan återanvändas. CATL via Brunp är extra intressant då de har enorma resurser och under året genomför en börsnotering där aktier till ett värde av 2 miljarder dollar kommer bli tillgängliga.

Pengarna ska bland annat användas för att bygga en ny batterifabrik med en årlig produktionskapacitet på 24 GWh vilket kan jämföras med Teslas Gigafactory som under året har som mål att nå 35 GWH i årlig produktionskapacitet. Men CATL har redan en batterifabrik med produktionskapacitet på 17 GWH och med Brunp en välutvecklad teknik för återanvändning av litiumbatterier vilket blir intressant att följa.

Att återanvända litiumbatterier är inte bara det miljömässigt enda vettiga, det kommer även bli en konkurrensmässigt stor fördel i takt på att tillgången till litium, kobolt, mangan och nickel växer snabbare än utbudet de närmaste åren. Det är uppenbart att såväl Tesla, kinesiska batteritillverkare och svenska Northvolt har goda skäl att säkra kontrollen över hela livskedjan kring litiumbatterierna, med kontrakt på brytningen av metallerna, egen produktion och återanvändning. Det kommer även vara fördelaktigt att ha fabriker nära sina största marknader för snabb och billig leverans.

3 kommentarer:

  1. Utförligt och en kontrast till WASP som ordnat en heldagskonferens om AI igår. 5 minuter fick en stor mängd professorer och andra involverade tala i ett antal timslånga sessioner. Under de pauser som fanns kunde vi tala med varandra och jag märkte att mycket rörde autonoma fordon och 5G.

    Sista stycket ovan betyder att vi har brist ett antal år framåt på tex litium innan utvinning hinner ifatt. Priset stiger och annan användning av litium blir också dyrare. Nya batterier är på god väg och några ser ut att bli betydligt billigare, speciellt lite tyngre som mer lämpar sig för batterier i annat än fordon.

    Vänliga hälsningar

    Nanotec

    SvaraRadera
  2. Hej Nanotec! Kul du uppskattar inlägget. Den AI-konferensen hade jag verkligen gärna deltagit i men var tyvärr uppbokad på annat håll då.

    Angående utvinningstakt vs växande efterfrågan är det precis vad jag avsåg, dvs de närmaste par åren verkar tillgången litium inte kunna matcha den snabbt växande efterfrågan särskilt då redan byggda fabriker i Kina och Teslas gigabatteri-fabrik dammsuger marknaden på litium och ökar sin produktion av batterier. Men om 2-3 år när Northvolts och andra nya batteritillverkare som tex Daimler kanske är på banan med sin produktion kan litiumproduktionen kommit ifatt eller så uppstår möjligen flaskhalsar med tillång till kobolt, nickel och mangan.

    Relaterat: Kanske läst om "jätte"-upptäckten av jordartsmetaller utanför Japan idag, här sammanfattat av CNBC:

    https://www.cnbc.com/2018/04/12/japan-rare-earths-huge-deposit-of-metals-found-in-pacific.html

    Men det finns ingen etablerad utvinningsmetod för havsbrytning av tex litium eller kobolt än eller vad det kostar att göra detta från havsbotten. När det gäller fyndets storlek utgår jag ifrån att de som vanligt missvisande räknar på dagens efterfrågan för att få fram "Researchers have found hundreds of years' worth of rare-earth materials". Efterfrågan av litium är ju bara i sin linda och dagens utbud/behov kommer vara mångdubbelt om bara några år...

    Mvh
    Johan

    SvaraRadera
  3. Tack för den intressanta länken. Utgår också från att de månghundraåriga reserverna inom detta fynd helt refererar till dagens användning. Behoven av jordartsmetallerna har varit små tidigare så någon större prospektering har inte skett förrän nyss.

    För litium (Li) gäller samma lilla gamla behov och vi får garanterat en brist under några år. Men fortfarande betyder kostnaden för Li ganska lite för batteriernas totalkostnad.

    Vänliga hälsningar

    Nanotec

    SvaraRadera

Kommentarer bör hållas till bloggartikelns ämne. Håll god ton.