Samtidigt finns andra material i ett batteri som också har stor miljöpåverkan. Hit hör giftiga ­bindemedel och fossil grafit. Men forskning pågår, bland annat vid statliga Rise i Stockholm.

Forskaren Illia Dobryden har sedan 2021 arbetat på avdelningen för avancerade material och bindemedel vid Rise i Stockholm. Sedan några år är hans huvudfokus hållbara lösningar för batterier.

Illia Dobryden

– Om man tittar på batteritillverkningen i dag så är det nästintill 100 procent icke hållbara material som används. Därför känns det viktigt att göra något.

– För vi måste tänka på håll­­-barhet, på miljön och på att kunna recykla materialen. En annan viktig fråga är att vi i Sverige och i EU behöver göra oss mer resilienta och oberoende i batteri­tillverkningen, säger Illia Dobryden.

En pådrivande kraft i detta arbete är ”The Green Deal”, på svenska ”EU:s gröna giv”, med syfte att göra Europa till den första klimatneutrala kontinenten år 2050.

En annan piska är Europeiska kemikaliemyndighetens förbud mot polyfluoralkylämnen år 2030. Här kommer ett av Illia Dobrydens forskningsprojekt in, Graphanode. Det handlar om att ta fram och utveckla biobaserade bindemedel i litiumjon-batterier. I dagsläget består de nästan uteslutande av polyvinylidenfluorid, PVDF, som ingår i PFAS-familjen vilket anses vara vår tids värsta miljögifter.

Av hela elektrodkompositionen i ett batteri utgör bindemedlet bara runt 3–5 viktprocent, men dess funktion är viktig, främst genom att det binder ihop partiklarna till kopparledningarna. Dessutom behöver ett bindemedel vara elektrokemiskt stabilt så att batteriet klarar att laddas ur och laddas upp om och om igen tusentals gånger.

– Då pratar vi främst om litiumjonbatterier i elfordon. Men alla batterier behöver bindemedel så i slutänden blir det jättestora volymer.

I sin forskning undersöker han bindemedel som bygger på nanokristaller och nanofibrer ur cellulosa, men även stärkelse från majs, så kallade biobaserade bindemedel.

I samarbete med batteriföretaget Granode Materials AB tittar Illia Dobryden och hans forskarlag på Rise även på nästa generations anoder, som innehåller kisel. 

Där har man sett att kombinationen kiselnanostrukturer och biobindemedel i litiumjonbatterier ger längre livslängd. Illia Dobryden förklarar varför:

– En vanlig effekt i batterier som innehåller kisel är att det expanderar under laddning och urladdning. Men med vårt biobaserade bindemedel är det möjligt utan att batteriet i sin helhet påverkas vilket innebär att hållbarheten ökar.

I ytterligare ett projekt, ”Waste to watt”, är mat- och kaffeföre­taget Selecta AB en en central samarbetspartner. Här är utgångspunkten natriumjon­batterier som använder hårt kol i stället för fossil grafit i anoden. Det Illia Dobryden och hans kollegor undersöker är möjligheten att ta fram hårt kol från kaffesump. Vilket visat sig vara fullt möjligt.

Valet av råmaterial handlar om kostnaden och att det är ett biologiskt material, som annars bara går direkt till soporna. Och det är stora volymer det handlar om. I kaffelandet Sverige importeras 100 000 ton råkaffe per år, enligt siffror från SCB, 2019. I hela världen får vi ihop 17 miljoner ton sump varje år. 

– Trävaruindustrin gör redan biokol och hårt kol baserat på lignin och träflis. Men lignin behöver du betala för. Därför går vår lösning ut på att använda kaffeavfall.

Faktum är att det snarare är det en negativ kostnad eftersom det är ett avfall som någon be­höver ta hand om. 

– Av den anledningen finns ett stort intresse från batteritillverkare för biobaserat hårt kol, men i framtiden även från stålindustrin, menar Illia Dobryden.

Processen går ut på att först göra biokol av sumpen, som därefter hettas upp cirka 1 000 grader under kvävgasflöde för att omvandlas till hårt kol. 

– Genom att använda kaffe­sumpen får vi in den i den cirku­lära ekonomin. Det förbättrar hållbarheten och ingår i utvecklingen av grön teknologi.

– Den som dricker kaffe skulle i så fall bidra till produktionen av hållbara batterier. 

Bland utmaningarna finns utfallet, bara 200 gram av ett kilo sump, alltså 20 procent, kan omvandlas till hårt kol. I bästa fall kan det uppgå till 40 procent. En annan nöt är skillnaderna i kvaliteten i råmaterialet.

 – Kaffe från olika länder och med olika rostning beter sig olika. Till exempel innehåller sumpen olika mineraler och föroreningar. För batterier kan det innebära att de fungerar på olika sätt eller inte får samma prestanda. Därför är det nöd­vändigt att utveckla tekniken för att rena avfallet. 

– Men det viktiga är att det fungerar. Potentialen är stor. 

Utvecklingen av hårt kol som elektrodmaterial gäller idag främst natriumjonbatterier. Men Illia Dobryden berättar att de även försöker utveckla ett koncept där hårt kol kan fungera i litiumjonbatterier tillsammans med grafit och kisel. 

– Det är helt nytt och ­väldigt intressant eftersom den stora marknaden handlar om litium­jonbatterier. Än så länge står natriumjonbatterier bara för en bråkdel av den, men det utvecklas snabbt. 

Har ni gjort någon livscykelanalys på projekten och i sådant fall, vad blev resultaten?

– Vi är fortfarande på förstudie­nivå och behöver mer tid, men möjligheten finns på Rise. Så med projektfortsättning ­kommer vi kunna göra en LCA och en teknisk-ekonomisk analys. 

– Men hur snart vi kommer att se detta i produktion är svårt att säga. Vi vet att våra teknologier fungerar. Men det är bara första steget. Därefter behöver vi få företagen att skala upp och sätta det i drift. Det är en dynamisk process.

Illia Dobryden IIllia Dobryden är forskare och projektledare i batteriforskningsgruppen på forsknings­institutet Rise. Här syns han i batterilabbet för avancerade material och bindemedel. Illia Dobryden utvecklar biobaserade, hållbara lösningar för energilagring och energiskördning. Hans projekt bedrivs i samarbete med bland annat kollegorna Céline Montanari, Marie-Claude Béland, Anwar Ahniyaz och Juhanes Aydin.