Det skiftende batterimarked: fremskridt, udfordringer og krav til bæredygtighed

Teknologiske fremskridt inden for batteriteknologi har spillet en afgørende rolle i udviklingen af elbiler og deres evne til at konkurrere med benzin- og dieseldrevne køretøjer. En af de vigtigste parametre i designet af elbilbatterier er effekten pr. kg, målt i watt-timer pr. kg. De mest avancerede batterier til elbiler i dag bruger litium, hvilket giver en energitæthed på op til 250 Wh/kg og gør disse batterier meget konkurrencedygtige.

Historisk set har Asien haft en stærk dominans inden for batteriproduktion, men i de senere år har virksomheder i USA og Europa også gjort fremskridt på markedet. Producenter af elbiler og litiumbatterier har annonceret ambitiøse planer om at øge produktionen i de kommende år. Denne indsats vil øge produktionskapaciteten betydeligt.

Behov for effektivitetsgevinster af hensyn til miljøet

Selvom elbiler konkurrerer godt med hensyn til ydeevne og ejeromkostninger, skal bilproducenterne fortsætte med at strømline produktionsprocesserne for at opnå den miljømæssige bæredygtighed, de selv ønsker at opnå.

Produktionen af et elbilbatteri udleder kuldioxid svarende til flere tusinde kilometers kørsel i en bil med forbrændingsmotor. Beregninger viser, at produktionen af et 100 kWh-batteri udleder lige så meget CO2 som en benzindrevet bil gør ved ca. 6 000 kilometers kørsel. For en dieselbil svarer udledningen til hele 15.000 kilometers kørsel. Mens produktionen af en forbrændingsmotor har en stor indvirkning på miljøet, er vi nødt til at gøre produktionen af elbilbatterier mere effektiv.

En del af strømliningen er at øge kvaliteten og produktionskapaciteten med de eksisterende ressourcer, og her spiller filtrering en stor rolle. Filtrering af f.eks. urenheder, partikler og metalioner kan bidrage til øget kvalitet, produktionskapacitet og holdbarhed af batterier.

Opbygning af batteri

I en battericelle er der fire grundlæggende komponenter: anode, katode, separator og elektrolyt. Tilsammen danner de en galvanisk celle. Katoden er den negative elektrode, mens anoden er den positive. Ioner bevæger sig gennem elektrolytten, som er et medium mellem katoden og anoden. Separatorens rolle er at holde anoden og katoden adskilt og fungere som bærer og beholder for elektrolytten. Når batteriet oplades eller aflades, transporteres elektroner fra anoden til katoden, mens ioner passerer gennem elektrolytten. 

Fremstillingsprocessen

Fremstillingsprocessen for en battericelle består hovedsageligt af tre dele: elektrodefremstilling, cellesamling og elektrolytpåfyldning.

To af de mest kritiske dele af elektrodeproduktionen er omrøring og coating. Under omrøringen blander man mindst to aktive pulvermaterialer og tilsætter renset vand samt binde- og opløsningsstoffer for at skabe en såkaldt ”slurry”. Når du har dannet en homogen og glat opslæmning, påfører du blandingen på tynde filmruller i belægningstrinnet. Dette er et af de vigtigste fremstillingstrin, som påvirker batteriets fremtidige ydeevne. Belægningen skal være glat og fin med en tykkelse på mellem 5 og 25 μm på hver side. Denne proces har en særlig stor indvirkning på fabrikkens samlede produktionshastighed. Herefter følger de sidste trin i elektrodefremstillingen: kalandrering, skæring og tørring.

Stacking er en metode til samling af celler, hvor flere lag battericeller stables oven på hinanden. Stakningsprocesserne er principielt forskellige fra producent til producent, men fælles er, at anoder, katoder og separatorer stables efter tur.

Påfyldning af elektrolyt er en tidskritisk proces under batterifremstillingen, som også påvirker batteriets ydeevne. Her fylder man de færdigsamlede celler med elektrolyt. Du udfører processen under vakuum og fører elektrolytten ind i cellerne i flere trin.

Filtrering i batteriproduktion

Der er en lang liste af anvendelser i batteriproduktionen, hvor der bruges filtre. Vi har indtil videre identificeret 34 anvendelser hos vores kunder i Sverige (se billedet nedenfor). Tre anvendelser, hvor filtrene er særligt kritiske og skal skiftes ofte, er ved tilsætning af opløsningsmidler og deioniseret vand, under omrøring af slam og under påfyldning af elektrolyt.

• Opløsningsmidler og vand transporteres ofte i rør af rustfrit stål, som kan frigive metalioner, der kan forurene gyllen, hvis de ikke filtreres fra.
• For at batteriet skal være så effektivt som muligt, er det vigtigt, at gyllen er homogen, og i denne proces er valget af filter afgørende. Filteret skal lade de ønskede partikler passere, mens de store partikler tilbageholdes. Det skal ske uden at tilstoppe filteret og dermed forkorte dets levetid. Partikler kan være rester fra tidligere dele af processen eller f.eks. uopløst gel, der er dannet under omrøring af gyllen.
• Elektrolytten består normalt af litiumsalte i organiske opløsningsmidler. Disse salte kan ikke opløses fuldstændigt i opløsningsmidlet og skal derfor fjernes ved filtrering.

Batterifremstillingsprocesser ved hjælp af filtre

Vi er forpligtet til at støtte udviklingen af batteriproduktion i Sverige, og hvis der er den mindste chance for, at vi kan bidrage til en bæredygtig planet (om end mikroskopisk), vil vi gøre det. 

Denne tekst er skrevet af Max Malm (max.malm@colly.se), CEO for Colly Flowtech.