Bliver batterier ikke snart bedre?

Hvis det var gået med batterier, som det er gået med regnekraften i computere, så ville der gå måneder imellem, at vi skulle genoplade batteriet i mobilen eller elbilen.

Mens det kun tager et par år for computerchips at blive dobbelt så hurtige, virker det ikke, som om de genopladelige batterier kan følge med dén udvikling.

Det har fået vores læser Tue Toft til tasterne. Han vil vide, hvad det egentlig bliver til med de batterier:

»Vi ser ofte beregninger af, hvor hurtige computere er blevet, eller hvor meget længere bilerne nu kan køre på literen. Men hvor meget bedre er genopladelige batterier blevet i løbet af årene?«

Batteriers kapacitet forbedres, men det går langsomt

Det kan professor Tejs Vegge fra Institut for Energikonvertering og -lagring på Danmarks Tekniske Universitet (DTU Energi) svare på, for han er ekspert i batterier:

»Det er bestemt rigtigt, at udviklingen inden for batterier ikke går lige så hurtig som inden for halvlederindustrien. De seneste år har vi haft en forbedring af batterikapaciteten på omkring 5-7 procent om året.«

Det går altså støt fremad med batteriernes evne til at lagre energi, men det går ikke vildt hurtigt. Kigger man tilbage i historien, har det faktisk været endnu værre, idet kapaciteten for batterier længe kun voksede med et par procent om året.

Ind imellem er det dog gået stærkt, og især opfindelsen af litium-ion-batteriet har virkelig gjort en forskel. I forhold til andre typer genopladelige batterier kan litium-ion-batterier rumme mere energi, og de er bedre til at holde på energien i lang tid.

Nu er det 25 år siden, at de første litium-ion-batterier kom på markedet, og den teknologi er løbende blevet forbedret, så det i dag er litium-ion-batterier, der sidder i vores mobiltelefoner, bærbare computere og nu også elbiler.

Prisen på batterier er faldet drastisk

Man oplever ikke rigtig, at batterilevetiden for den bærbare pc eller mobiltelefonen er blevet meget længere i løbet af de seneste år. Nærmere tværtimod for mobilen, for i takt med, at skærmen er vokset i størrelse, er strømforbruget også steget, og så hjælper det ikke meget, at batteriet er blevet lidt bedre.

Mens det er gået fredeligt fremad med kapaciteten, er der til gengæld sket noget med prisen. Batterierne er blevet meget billigere de sidste par år, fortæller Tejs Vegge:

»Prisen har ændret sig meget markant. Hvis vi kigger på de seneste fem år, er prisen faldet fra næsten 1.000 dollar til 3-400 dollar pr. kilowatttime – endnu mindre, hvis der er tale om en meget stor ordre.«

»Det er faktisk på prisen, der er sket mest. Det er noget, der rykker, ikke mindst når det gælder batterier til elektriske biler.«

Snart kan elbiler konkurrere med benzinbiler

En kilowatttime er et mål for elektrisk energi, og en moderne elbil kan køre i omegnen af fem kilometer pr. kilowatttime. Hvis bilen skal kunne køre 250 km på en opladning, skal den altså have et batteri på cirka 50 kilowatttimer, og så gør det en meget stor forskel, om batteriet koster 50.000 dollar (343.000 kr) eller 15.000 dollar (103.000 kr).

Prisen er angiveligt på vej endnu længere ned. I hvert fald har bilproducenten General Motors mere end antydet, at batteriet i elbilen Chevrolet Bolt EV, der kommer på markedet sidst på året, kun koster firmaet 145 dollar pr. kilowatttime.

»Nu begynder batterierne at komme ned i et prisleje, så man kan producere elbiler, der i indkøbspris vil kunne konkurrere med benzinbiler,« fortæller Tejs Vegge og fortsætter:

»Når man så også kigger på, hvad det koster at bruge bilen, så er det billigere at køre på el end på benzin, og der er ikke de samme vedligeholdelsesomkostninger for elbiler som for benzinbiler. Så bliver det pludselig interessant. Der går ikke mange år, før bøtten vender.«

Masseproduktion giver prisfald

Det er ikke revolutionerende nye batteriteknologier, der har drevet prisen ned, men primært en mere effektiv produktion i stadig større mængder.

Konkurrencen er knivskarp mellem de største batteriproducenter som LG Chemicals og Panasonic, og prisen kommer utvivlsomt endnu længere ned, når den enorme batterifabrik, som bilproducenten Tesla er ved at opføre i samarbejde med Panasonic, begynder at sprøjte batterier ud.

I 2020 vil denne ene fabrik producere lige så mange litium-ion-batterier, som der blev produceret på verdensplan i 2013 – batterier med en samlet kapacitet på 35 millioner kilowatttimer.

Nye teknologier er på vej

Selv med nok så mange stordriftsfordele er det dog tvivlsomt, at prisen pr. kilowatttime kan komme meget under 100 dollar for litium-ion-batterier, for der skal trods alt stadig bruges råvarer, hvoraf nogle er ret dyre. Letmetallet litium er til at betale, og der skal ikke bruges ret meget, men det er straks værre med tungmetallet kobolt, som bruges i større mængder i de mest udbredte genopladelige batterier.

Men så kan man jo begynde at kigge efter helt nye batterityper, som kan produceres billigere, og som oven i købet kan vise sig at være lettere og meget mere effektive.

Sådan nogle batterier prøver forskerne på DTU Energi og mange andre steder i verden at udvikle. Forskellige teknologier er i spil, og blandt favoritterne til at afløse litium-ion-batterierne er metal-luft-batterier, som er lette og kan have en meget høj kapacitet, samt metal-svovl-batterier, der også byder på langt højere kapacitet end de nuværende batterier.

EU har da også smidt godt 50 millioner kroner i projektet ALISE, hvor målet er at udvikle litium-svovl-batterier, der kan rumme en halv kilowatttime pr. kilogram – over det dobbelte af, hvad litium-ion-batterier kan klare.

Et tilsvarende beløb er gået til projektet ZAS, som handler om at udvikle zink-luft-batterier til stationær lagring, og det projekt er DTU Energi med i.

Der er endnu en hel del udfordringer, der skal overvindes, før de bedre batterier ser dagens lys, men det er altså slet ikke usandsynligt, at et gennembrud i forskningen kan føre til genopladelige batterier, der er 5-10 gange bedre, end de er i dag. Blot er det umuligt at sige, hvor mange år der vil gå.

Så svaret til læser Tue Toft må være, at udviklingen inden for batterikapacitet ikke går vanvittig hurtig, men at der arbejdes på sagen. Tue modtager en Videnskab.dk-T-shirt som tak for spørgsmålet – en T-shirt, der i øvrigt også kan købes, hvis man ikke kan vente på at få besvaret sit videnskabelige spørgsmål, der kan indsendes til sv@videnskab.dk.