”Jag tror vi snart kommer få se olika kundsegment för elbilar”
2022 gick laddbara fordon för första gången om fossila bilar i nybilsförsäljning. Men för att eldrivna bilar ska slå på bred front krävs framförallt lägre priser, kortare laddningstider och längre räckvidd. Nu berättar forskare från Uppsala universitet och Chalmers om vad vi kan förvänta oss på området inom en snar framtid.
E-fordon som laddhybrider och elbilar har på senare år ökat stadigt i nybilsförsäljning, trots det är det en bit kvar tills de allra flesta väljer ett eldrivet alternativ. Några av förklaringarna har att göra med priset på nya och begagnade elbilar, men likaså kapaciteten på batterierna. En annan viktig aspekt är även laddinfrastrukturen som fortsatt behöver byggas ut i Sverige.
Bred forskning inom ny batteriteknik
Idag sker omfattande forskning för att förbättra dagens elbilsbatterier. Ett exempel på det är utvecklingen av litiumsvavelbatterier som kan bli en utmanare till nuvarande litiumjon-batterier, mycket tack vare miljövänliga och billigare material samt större energiinnehåll. Daniel Brandell är professor i materialkemi vid Uppsala universitet;
– Den stora utmaningen hos litiumsvavelbatterier ligger i att lösa problemen med energiförluster och den kortare livslängden. Men det är samtidigt genom kunskap om svagheterna som vi också kan utveckla nya strategier och nya material för att förbättra batteriernas prestanda.
Två andra batterityper på frammarsch är natriumjonbatterier och
litium-fosfat-järnbatterier
. De senare, även kallade LFB, är litiumjonbatterier som bygger på LiFe-fosfat och klarar flera tusen laddcykler från noll till 100 procent. En viktig faktor för miljön är att avsaknaden av kobolt i båda dessa teknologier minskar klimatavtrycket, men likaså kostnaderna vid råvaruinhämtning och tillverkning.
Nackdelen med natriumjon- och LFP-batterier är att energitätheten är lägre än för NMC-litiumjonbatterier vilket gör att elbilens räckvidd blir kortare.
Användningen av olika battericellformat
Batterier kännetecknas av att de kan sorteras in utifrån kemisk uppbyggnad, exempelvis litiumjon, litiumsvavel, natriumjon samt äldre bly-syra och nickelmetall-hydrid. Ett annat sätt att kategorisera batterier är genom cellformatet; som cylindrisk, prismatisk eller pouch. Inom fordonsindustrin är det ännu inte klarlagt vilken typ av cellformat och cellstorlek som är att föredra för elbilar.
Tesla använder sig av cylinderformatet för sin Model Y, och BMW experimenterar i dagsläget med cylindriska celler. Genom att fler batterier kan integreras strukturellt som en del av chassit, menar BMW att det är möjligt att öka räckvidden med 30 procent för kommande generation elbilar.
– Vad gäller batteriernas cellformat så har de hittills varierat bland biltillverkarna och ofta styrts av trender. Därför tror jag inte att vi kommer få se någon allmän standard i närtid. Åsikterna går isär eftersom respektive cellformat har sina fördelar och nackdelar ingenjörs-mässigt, fortsätter Daniel Brandell.
”Solid-state-batterier”– en viktig pusselbit
Flera biltillverkare, däribland Ford, tittar på att delvis ersätta nuvarande litiumjonteknologi med solid-state för kommande elbilsmodeller. Solid-state, kallas även fjärde generationens batterier, och har stor potential att minska utsläppen för batteritillverkningen med upp till 39 procent – om hållbara råvarumaterial används.
Tillskillnad från litiumjonbatterier, som bygger på flytande elektrolyter, använder solid-state-batterier ett fast keramiskt material för att transportera joner mellan batteriets poler. Det gör det möjligt att lagra mer energi, ladda snabbare och erbjuda högre säkerhet. Aleksandar Matic är professor på institutionen för fysik vid Chalmers i Göteborg;
– Även om en del hinder kvarstår för att få solid-state-batterierna tillräckligt stabila är det ett viktigt steg på vägen mot att storskaligt kunna producera effektiva, säkra och miljövänliga batterier för många av framtidens elbilar.
Daniel Brandell tror inte att solid-state-teknologin på sikt kommer att ersätta litiumjonbatterier i större skala, men däremot fylla en viktig lucka inom segmentet för premium-elbilar;
– Solid-state-batterierna kommer inte göra elbilarna billigare men har förutsättningar att bli ett konkurrenskraftigt alternativ i premiumsegmentet, förutsatt att man lyckas göra batterierna så bra som man hoppas. Räckvidden hos elbilarna är här en viktig faktor.
Framväxten av nya kundsegment för elbilar
Många inom forskarvärlden är eniga om att litiumjonbatterier kommer att fortsätta växa i volym framöver och med stor sannolikhet även dominera som batterisystem för de flesta kommersiella produkter på marknaden, däribland elbilar.
– Det vi har sett hittills av utvecklingen inom elbilsbatterier är att elbilisterna idag kan åka längre till ungefär samma kostnad som tidigare. Men då räckvidd fortfarande prioriteras är elbilarna också fortsatt relativt dyra, fortsätter Aleksandar Matic.
Idag konkurrerar elbilar med förbränningsbilar eftersom kunderna hittills inte velat ändra körbeteende, det har gjort att elbilstillverkarna fokuserat på att göra batterierna så energitäta som möjligt. Konsekvenserna av det är högre priser men också större negativ klimat-påverkan från batterierna. Daniel Brandell menar att det här är något som är på väg att förändras då allt fler överväger en elbil;
– På kort sikt kommer vi behöva kompromissa. Det vi vinner i billigare och miljövänligare batterier förlorar vi i prestanda och räckvidd, något som kommer vara förenligt med mindre, lättare elbilar som har lägre prisbild.
– Vi ser redan nu tendenser till uppkomsten av olika kundsegment för elektrifierade fordon. Tesla är fortsatt störst som elbilstillverkare och innovativa på många områden. Men traditionella europeiska premiumtillverkare går tungt samtidigt som asiatiska lågprismärken för tillfället skördar stora framgångar. Det blir en spännande utveckling. Framtiden får utvisa vilka som sitter på den bästa affärsmodellen.