Hvad er solid state-batterier? Se fordele og ulemper

Solid state-batterier er det næste store teknologiske fremskridt inden for elbiler, men hvad er faststofbatterier? Bliv også klogere på fordele og ulemper ved solid state-batterier.

Hvad er solid state-batterier? Se fordele og ulemper

Elbiler er udstyret med litium-ion-batterier, som driver en eller flere elmotorer. Selvom nuværende litium-ion-batterier har en relativt høj energitæthed og en relativt lang levetid, forsker og udvikler mange bilproducenter intensivt i såkaldte solid state-batterier – på dansk kaldet faststofbatterier.

Som navnet antyder, har solid state-batterier en fast elektrolyt i stedet for en flydende, hvilket giver en masse fordele – men også udfordringer.

Bliv klogere på, hvad solid state-batterier til elbiler er, og hvad forskellen på solid state og konventionelle litium-ion-batterier er.

Se også fordele og ulemper ved solid state-batterier.

Se også: Test og anmeldelser af elbiler

Hvad er et solid state-batteri?

Konventionelle litium-ion-batterier består af en katode (positiv pol) lavet af litiummetaloxider som LiCoO2, LiNiMnCoO2 eller LiFePO4. Katoden lagrer og frigiver litiumioner, mens en grafitanode (negativ pol) optager dem under opladning og afladning.

Et konventionelt litium-ion-batteri har en separator af mikroporøs polymer (såsom polyethylen), der forhindrer kortslutning og lader ioner passere. Elektrolytten er en flydende væske med litiumsalte, som hjælper ionerne med at bevæge sig mellem anode og katode.

Foto: Murata

Solid state-batterier har lignende komponenter, men en fast elektrolyt, som også fungerer som separator. Disse batterier bruger ofte en keramisk, polymerbaseret eller sulfidbaseret elektrolyt. Katoden er ofte lavet af litiummetaloxider ligesom i almindelige litium-ion-batterier. Anoden bruger ofte litiummetal, da det giver højere energitæthed. De er også beskyttet af et kabinet og bruger strømsamlere som i konventionelle batterier.

Den store forskel ved et solid state-batteri er altså, at der anvendes en fast elektrolyt, som også fungerer som separator til at adskille katode og anode.

Se også: Sammenlign elbiler på pris og kvalitet

Fordele og ulemper ved solid state-batterier

Ligesom al anden teknologi har faststofbatterier både fordele og ulemper:

Fordele ved solid state-batterier

Nye solid state-designs giver mange potentielle fordele i forhold til konventionelle litium-ion-batterier. For eksempel øger kombinationen af anoder af litium og en fast elektrolyt energitætheden, hvilket øger energilagringskapaciteten betydeligt og forlænger elbilernes rækkevidde.

Solid state-batterier understøtter også hurtigere ladehastigheder. En fast elektrolyt kan reducere risikoen for varmerelateret fysisk nedbrydning og termisk overophedning under hurtig opladning, hvilket forbedrer sikkerheden og forlænger batteriets levetid.

Ved meget høje og lave temperaturer er solid state-batterier mere stabile og pålidelige, og der sker ikke et væsentligt tab af kapacitet eller begrænsninger i afladningshastigheden.

Solid state-batterier er lettere og mere kompakte, da den faste elektrolyt fjerner behovet for at skulle lukke en flydende væske tæt inde i en beholder. Dermed kan bilproducenterne designe mere kompakte og lettere batterier.

Faststofbatterier er samlet set sikrere end konventionelle litium-ion-batterier. Den ikke-brændbare elektrolyt vil med al sandsynlighed reducere risikoen for brand eller eksplosion i tilfælde af en ulykke, batterisvigt eller kortslutning.

En anden væsentlig fordel ved solid state-batterier er en højere energitæthed. De kan med andre ord lagre mere energi per volumen og vægt sammenlignet med litium-ion-batterier. Dette betyder længere rækkevidde i elbiler.

Solid state-batterier har også længere levetid, fordi den kemiske reaktion, der sker i batterierne, ikke i samme omfang danner såkaldte dendritter, som er små metaludvækster, der kan føre til kortslutning.

Opladning går også hurtigere ved brug af solid state-batterier.

Se også: Disse elbiler er Bedst i Test

Ulemper ved solid state-batterier

Bilproducenter står over for store udfordringer med at gøre solid state-batterier til en sikker og effektiv løsning for elbiler. Faststofbatterier er dyrere og mere komplekse at producere end traditionelle litium-ion-batterier, da teknologien stadig er forholdsvis ny. På pris er solid state-batterier derfor ikke konkurrencedygtige før om mange år.

Sulfidbaserede faste elektrolytter kræver tørre produktionsforhold, da de er følsomme over for fugt. Selvom faste elektrolytter kan give hurtigere opladning, har de generelt lavere ionledningsevne ved stuetemperatur end flydende elektrolytter. Den faste elektrolyt i solid state-batterier fungerer nemlig bedst ved høje temperaturer.

Materialer som kobolt, nikkel og litium er dyre, og faste elektrolytters stive natur gør dem mere udsatte for problemer som nedbrydning og kortslutninger. Nogle solid state batterier kan håndtere høj varme bedre, men er ofte sårbare over for kulde og mekanisk stress.

Se også: Se priser på de billigste elbiler i Danmark

Hvornår kommer solid state-batterier?

Vi har i mange år hørt om, at solid state-batterier er på vej, men vi er ved at være meget på tæt på en kommercialisering af batteriteknologien.

På trods af de tidligere nævnte ulemper og udfordringer, der fortsat er ved solid state-batterier, prioriterer mange bilproducenter og batteriproducenter udviklingen af faststofbatterier meget højt i disse år.

En af de første elbiler med et solid state-batteri er IM L6 fra SAIC Motor. Her er dog ”kun” tale om et semi-solid state-batteri. Her anvendes en kombination af en delvist fast elektrolyt og en delvist flydende elektrolyt.

Samsung har for nylig lanceret et ægte solid state-elbilbatteri med en rækkevidde på knap 1.000 km og en energitæthed på 500 watt-timer (Wh) per kg, hvilket er omtrent dobbelt så meget som et konventionelt elbilbatteri. Det kan gå i produktion allerede i 2027.

Honda er ved at designe et solid state-batteri, der vejer 50 procent mindre end konventionelle litium-ion-batterier, mens Nissan planlægger at lancere en elbil med solid state-batterier inden 2028.

I samarbejde med Solid Power forventer BMW at have solid state-batteriteknologi klar til brug i de første prototyper allerede i 2025. Også Ford og Solid Power tester 100 battericeller med en kapacitet på 100 ampere-timer (Ah).

Gennem sit batteridatterselskab Powerco arbejder Volkswagen sammen med QuantumScape om at industrialisere og masseproducere solid state-batterier til elbiler. Disse batterier vil give elbiler en rækkevidde på 500.000 km uden tab i kapacitet. Mercedes-Benz og virksomheden Hydro-Québec udvikler og tester også solid state-batterier i fællesskab. Mercedes-Benz arbejder også med Factorial Energy om at introducere solid state-batterier i sine elbiler inden 2030.

Toyotas forventes at lancere solid state-batterier (figur 4) med betydelige forbedringer i forhold til de nuværende litium-ion-batterier. Toyotas faststofbatteri får en rækkevidde på 1.000-1.200 km og en ladetid på kun 10 minutter.

Se også: Kommende elbiler i 2024, 2025 og 2026

Perspektivering

Batteriteknologien i elbiler er under hastig udvikling, og det er derfor forbundet med stor usikkerhed at købe en elbil. Der er stor risiko for, at et i forvejen stort værditab vokser sig endnu større, fordi der konstant kommer ny, bedre og billigere batteriteknologi, som gør dagens elbilteknologi forældet.

Hvis du vil gardere dig mod pludselige og uforudsete værditab, bør du privatlease din elbil. Da betaler du en fast pris hver måned og slipper for alle bekymringer om værditab. Du kan komme ud af en typisk leasingaftale allerede efter en måned.

Læs mere om fordelene ved privatleasing af elbil.

Vi anbefaler:
Hvilken ladeboks og ladeløsning skal jeg vælge?
Hvorfor vælge elbil?