Blysyrabatterier har länge dominerat marknaden för laddningsbara batterier. Det var först 2019 som den uråldriga kemin fick se sig omsprungen – räknat i pengar – av litiumjonbatterier. Värt att hålla i minnet är att de har delvis olika användningsområden, blysyra är svårslaget som startbatteri i fordon medan litiumjon är ohotad energikälla i bärbar elektronik och i elfordon.

En ny batterikemi med katodmaterial i baserat på natrium har potential att ta marknadsandelar av bägge. Natriumjonbatterier har bättre energitäthet än blysyra men lite sämre än litiumjon. Det klarar ett betydligt större temperaturområde både vad gäller kyla och hetta. Det kan laddas upp och ur snabbare än litiumjon plus att det inte tar stryk av att laddas ut helt.

Dessutom är tillgängligt natrium tusen gånger ­vanligare än tillgänglig litium vilket avspeglar sig i priset som är ungefär 30 gånger lägre. Plus att den enda metallen i katoden, järn, finns i överflöd. Det gör att natriumjonbatterier baserat på Altris material blir billigare än litiumjonbatterier samtidigt som man slipper de etiska problem som omgärdar brytningen av bland annat kobolt och litium. Slutligen är de miljövänliga.

Hittills har dock tillverkningsprocessen för katodmaterialet satt käppar i hjulet för ett kommersiellt genombrott i och med att den inte har gått att skala upp för volymproduktion.

– Processen kräver högt tryck och hög temperatur plus att den misslyckats ganska ofta, säger Adam Dahlquist som är vd på Altris.

Bolaget knoppades av från Uppsala universitet år 2017 för att kommersialisera en ny tillverkningsmetod som inte kräver värme och tryck och dessutom har väldigt bra repeterbarhet.

Resultatet blir ett billigt och miljövänligt katodmaterial bestående av grundämnena järn, kväve, natrium och kol vilket företaget fyndigt döpt till Fennac ­(FeNNaC). Inom kemin är det däremot känt som ”Preussiskt vitt”.

Altris har en mindre pilotlina i Uppsala som kan tillverka ungefär tio kilo Fennac per dag. Det motsvarar cirka 5 kWh färdiga batterier.

– Vi har skalat vår produktionskapacitet med runt 10 gånger per år och kommer fortsätta göra det. I befintliga lokaler kan vi skala till 90 kg/dag och 2022 är det dags att flytta produktionen till en större lokal.

Planen är att bygga en hundratonsanläggning om fyra år vilket ger en kapacitet på 12 GWh katodmaterial per år.

Det motsvarar 25 procent av Northvolts planerade kapacitet i Skellefteå och Tyskland. Var Altris kommande hundratons­fabrik hamnar är inte klart, det hänger bland annat ihop med var de framtida kunderna finns.

Däremot kommer huvudkontoret och utvecklingen att finnas kvar i Uppsala eftersom samarbetet med universitet är viktigt.

– Förutom att materialet är ­billigt och miljövänligt är säkerheten exceptionell.

Vid en intern kortslutning av de flesta typer av litiumjonbatteri bildas det värme och syre vid sönderfallet av katoden vilket leder till ett häftigt brandförlopp. Litiumjonbatterier måste därför har avancerade övervaknings- och styrsystem.

Om det är Fennac i katoden frigörs varken värme eller syre vid en eventuell kortslutning och därmed försvinner den här typen av brandrisk. Däremot kan det finnas brännbara material i elektrolyten, mer om den senare.

– Den andra biten när det gäller säkerhet är att det blir en icke reversibel reaktion i litiumjonbatterier om det är helt urladdat, det sker inte i natriumjonbatterier. De kan vara helt urladdade utan att gå sönder.

Därmed förenklas transporterna i och med att batterier kan skeppas helt urladdade.

– Det finns en tredje grej kring säkerheten: vi har uppfunnit en elektrolyt som inte kan brinna.

Den är dock inte färdigutvecklad så företagets första batterier kommer att ha en konventionell elektrolyt.

Den tredje komponenten i battericellen är anoden. I litiumjonbatterier används grafit som anodmaterial. Det är en form av kol som bryts i gruvor och som sedan renas genom upphettning. I natriumjonbatterier använder man en anod baserad på kol i form av så kallat Hard Carbon, vilket med fördel tillverkas av till exempel lignin, en restprodukt från massaindustrin. Lignin är det material som binder samman fibrerna i träet och som avlägsnas när det träflisen kokas till pappersmassa.

– Stora Enso bygger en pilotanläggning för det i Finland, säger Adam Dahlquist.

Jämfört med litiumjonbatte­rier är batterier baserade på natriumjon inget miljöproblem. De skulle i princip kunna läggas på en tipp och tas om hand av det naturliga kretsloppet.

Dock finns det ett visst värde i det aluminium som används i ledarna.

Tittar man på hur snabbt man kan ladda upp och sedan plocka ut laddningen är natriumjonbatterier betydligt bättre än litiumjonbatterier. Måttet man brukar använda är C-rate. Litiumjonbatterier har ofta 1C medan det teoretiska värdet för Fennac är 10C, tio gånger så snabbt.

–Våra första batterier är inte där, de är bara något bättre än litiumjon men om några år kommer vi ha batterier som laddas ut fullständigt på mindre än 10 minuter.

Men natriumjon har också svagheter. Det gäller framförallt energitätheten som är sämre än litiumjon men ändå tillräckligt bra för att fungera i energilager.

– Där ska vi bli den dominerande batterikemin. Det är en tuff utmaning med fullt möjlig.

Energitätheten ligger teoretiskt på 172 mAh/g med en utspänning på 3,1 V per cell. Praktiskt når man upp till 160 mAh/g, vilket är mycket bra. Det räcker även för vissa fordonstillämpningar, framförallt för elfordon med kortare körsträckor som laddas ofta.

– Det kan vara lite billigare bilar som man delar. Då vill man inte stå och vänta medan den laddas. Men det är en marknad som ligger fyra, fem år fram i tiden.

När det gäller startbatterier räknar Adam Dahlquist med att blysyra förblir den dominerande kemin.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen. Prenumerera kostnadsfritt!

Kompletta battericeller, baserat på Altris ­katodmaterial, har tillverkats av ett annat Uppsalabolag, LiFeSiZE, som gör mindre serier av battericeller med nya kemier. Det startades av Josh Thomas som grundade batteri­gruppen på Ångström­labbet och som var professor Krista Edströms företrädare.

– Hans passion är att få ut batterier från forskningen. Partnerskapet med LiFeSiZE är ovärderligt, säger Adam Dahlquist och fortsätter:

–Vi bygger kunskap om battericellstillverkning med hjälp av både LiFeSiZE och the Advanced Battery Centre vid Uppsala Universitet, vilket gjort att vi har kommit igång snabbt med tillverkning av battericeller i en kommersiell batterifabrik.

Planen för Altris är att inom kort sätta ihop Fennacbaserade battericeller till batteripackar och i början av nästa år genomföra demonstrationer tillsammans med slutkunder. Det handlar om bland annat energilagring i fastigheter och att effektivisera laddning av elbussar.

Altris team, fr v Paul Larsson, Adam Dahlquist, Tim Nordh, William Brant och Ronnie Mogensen. Reza Younesi och Benson Lam saknas på bilden.