Hvor gode er batterier i dag?

Alle fra forskere, politikere og miljøaktivister til Elon Musk sætter deres lid til batterier.

Om det er med faglig interesse, politisk vinding, indtjening eller klimaet for øje, må være op til læseren selv at vurdere. Men det er i hvert fald sikkert, at batterier kommer til at spille en essentiel rolle, hvis vi skal nå i mål med en grøn omstilling, der batter.

Det er en af grundene til, at forskningen i batterier er accelereret, siden den italienske fysiker Alessandro Volta i 1800-tallet opfandt, hvad der betegnes som verdens første elektriske batteri, nemlig den såkaldte voltasøjle.

Alligevel bekymrer kommende elbil-ejere sig stadig over, hvor langt de kan nå på en opladning, og iPhonen kræver stadig, at man oplader den på næsten daglig basis.

Men hvor meget har udviklingen af batterier egentlig rykket sig?

Det undrer vores læser Tue undrer sig over, og han har derfor skrevet ind til Spørg Videnskaben med spørgsmålet: »Teknologien for engangs- og genopladelige batterier er jo rigtig spændende, men hvor meget bedre er de i dag end tidligere?«

For at få svar på det spørgsmål har vi her på Spørg Videnskaben allieret os med Poul Norby, professor på Institut for Energikonvertering og -lagring ved DTU Energi.

Han kører lykkelig rundt i sin Tesla-elbil på snart femte år og lider ikke af rækkeviddeangst.

»Lige så snart man får en elbil, har man glemt alt om rækkevidder. Det bekymrer man sig kun om, før man køber den,« lyder det fra ham.

Professoren, der blandt andet forsker i batteriers indre processer, har til vores held indvilget i give vores læser Tue svar på sit spørgsmål.

Vi er nået ekstremt langt

Der er sket meget, fra voltasøjlen til lithium-ion-batteriet, der i dag findes i alt fra smartphones, bærbare computere til biler. Den udvikling kan du læse mere om i Spørg Videnskaben-artiklen 'Hvordan har batteriet udviklet sig?'

»Vi er jo nået ekstremt langt,« lyder det indledningsvist fra batteriprofessoren på spørgsmålet om, hvor gode batterierne er i dag.

Et eksempel er netop lithium-ion-batteriet, der med sin effektivitet, lethed og levetid ændrede verden og nu er et af verdens mest udbredte batterier.

»Det er måske rimeligt at sammenligne det med de genopladelige blybatterier, som kom i 1859. Her er lithium-ion-batteriets energitæthed, altså hvor meget energi man kan have per kilo og liter, ekstremt høj. Det samme er holdbarheden, som bare bliver bedre og bedre.«

Til gengæld kræver vi også mere af batterierne. Derfor bliver en iPhone hurtigere afladt end den gode gamle Nokia 3310, simpelthen fordi vi bruger den til alt muligt andet end at spille Snake og sende SMS’er. Mobiltelefonen er blevet en højtydende computer med avanceret grafik, mikrofon og højtalere.

Til trods for det er batteriernes levetid også blevet voldsomt forlænget. I dag holder eksempelvis bilbatterier 10-15 år, eller indtil bilen er slidt op. Og så er der stadig 70 procent af den oprindelige energitæthed tilbage i dem, ifølge Poul Norby.

»Der findes jo bilfabrikanter, som giver en batterigaranti på én million kilometer. Sammenlignet med i starten, hvor batterierne kostede en tredjedel af bilen, og man skulle regne med at skifte det ud efter to-tre år. I dag er prisen gået dramatisk ned, og batteriet holder som regel længere end bilen.«

Mere fokus på sikkerheden

Så batterierne er altså blevet langt bedre. Ikke kun i biler, men også i eksempelvis vores bærbare computere, telefoner, værktøj, medicinsk udstyr og nødstrømsanlæg. Og så videre, og så videre.

Artiklen fortsætter efter afstemningsboksen

Det gælder for en lang række af de batterier, der findes på markedet i dag. For selvom lithium-ion-batteriet har lagt sig i front, er eksempelvis blybatteriet, nikkel-cadmiumbatteriet og nikkel-metal-hydrid-batterier stadig en del af sortimentet. Deres fortrin og ulemper kan du læse mere om her. 

Batterier er også blevet langt sikrere.

For selvom litium-ion-batterier i sjældne tilfælde bryder i brand, er sikkerheden noget helt andet i dag end tidligere, hvor batterierne mobiltelefoner og laptops langt oftere stod i flammer.

Når faststofbatteriet en dag kommer på markedet, vil det med sin faste frem for flydende elektrolyt sandsynligvis vil være endnu mere sikkert og mindre brandfarligt, ifølge DTU-professoren.

»Hvis vi tager biler som eksempel, så konkurrerer batteriproducenter især på pris, lethed, og hvor meget de fylder, så man bedre kan integrere dem. Og så er der sikkerhed, som er noget af de allervigtigste for dem. En bilfabrikant kan jo ikke tåle, at deres biler bryder i brand.«

Hvad bremser batteriet?

Så batterier er med tiden både blevet væsentlig lettere, effektive og sikrere. Det lyder jo alt sammen meget godt. Men hvad bremser batterierne i at være deres bedste jeg?

Det afhænger af øjet, der ser, lyder det fra Poul Norby.

»Det er jo svært, for der er en masse forskellige parametre. Som pris, vægt, energitæthed. Noget af det, vi forskere fokuserer på, er, at udvikle mere bæredygtige batterier, så vi ikke har så store ressourcemæssige problemer,« siger han.

For en af de store akilleshæle i batteriernes triumftog er manglen på de kritiske råstoffer, der indgår i dem. I lithium-ion-batteriets tilfælde gælder det blandt andet lithium, men især nikkel og kobolt er der både mangel på og etiske problemer ved at udvinde, som du kan læse om her.

Én ting er udbud og efterspørgsel. En anden ting er, hvor gode vi er til at genbruge de kritiske råstoffer, som også har og får betydning fremover for, hvor gode og bæredygtige batterierne er og bliver.

»Nogle arbejder med at lave katodematerialer, der for eksempel slet ikke indeholder et kritisk råstof som kobolt, som eksempelvis fabrikken Topsoe,« siger Poul Norby.

»Men meget af udviklingen ligger i, hvordan man designer et batteri, så det er nemt at bruge og genanvende. Før i tiden limede man det bare groft sagt sammen med en masse epoxy-lim, fordi det var mere vigtigt, at man ikke kunne åbne det.«

Ikke én, men flere vindere

Derfor har buzzwords som cirkulær økonomi og eco-design sneget sig ind i politikerne og batterifabrikanternes ordforråd og også i konkret lovgivning blandt andet på europæisk plan.

Det skal alt sammen blandt andet gøre det nemmere at genbruge og ’cirkulere’ de kritiske råstoffer i batterierne i et lukket kredsløb og at designe batterier sådan, at det bliver nemmere at hive stofferne ud af dem, når de har aftjent deres værnepligt.

Så for at svare på Tues spørgsmål er nutidens batterier nået milevidt.

Både fra de første masseproducerede engangsbatterier, udviklet af den franske ingeniør og opfinder George Leclanché, der måske var revolutionerende for sin tid, men ikke hverken særligt effektive, holdbare eller gode for miljøet sammenlignet med deres efterkommere, nutidens alkaline-batterier.

Og til nutidens genopladelige batterier, som eksempelvis lithium- og moderne blybatterier, der også slår de første versioner med længder.

I dag arbejder forskerne videre på at gøre batterierne endnu bedre. Blandt andet på at udvikle lithium-luft-batterier og flowbatterier, som Poul Norby også har store forhåbninger til. Måske fremtidens batteri er lavet af sten, sand eller kan lagre energi ved hjælp af Solens stråler eller luften omkring os?

Hvilket batteri regner Poul Norby selv med, at der sidder i hans Tesla om 20 år?

»Det kan jo godt ske, at man snart løser problemerne med faststofbatteriet, og så bliver det måske sådan et, man kører på. Eller måske lithium-svovlbatterier, hvis man kan få det til at fungere godt nok,« siger han.

»Men det er ikke sådan, at der er én batteritype, der kommer til at vinde kapløbet. Der er flere forskellige typer batterier, som kommer til at arbejde sammen og bruges til forskellige formål.«

Vi siger tak til Poul Norby for at gøre os alle sammen klogere på batterier, deres fortid og fremtid.

Også tak til Tue for spørgsmålet. Der er en T-shirt fra Videnskab.dk på vej til dig.

Hvis du brænder inde med et spørgsmål af den ene eller den anden slags, så tøv ikke med at tippe os hos Spørg Videnskaben på sv@videnskab.dk eller via formularen videnskab.dk/sv.

I en tidligere artikel her på Videnskab.dk kan du læse mere om, hvordan batteriet har udviklet sig gennem tiden.