Nyhetsbrev med senaste nytt. Problem att visa det? Se det i webbläsaren.

Omvärldsanalys av energieffektiva vägfordon


Ni läsare hör av er ibland om frågor som ni vill att vi gräver lite extra i. En av dessa frågor är vad sker runt om i världen när det kommer till batteriforskning. Vilka är de största forskningsfrågeställningarna? Hur mycket pengar satsas? Sverige är ett av de länder som traditionellt varit mycket starka inom batteriområdet, framför allt inom materialforskning för Li-jon- och NiMH-batterier. För att sätta svenska satsningar i ett större sammanhang har ett antal länder analyserats. Hur olika länder presenterar sin forskning skiljer sig åt och därför går det inte att på ett enhetligt sätt jämföra satsningarna, men det finns en del slutsatser som går att dra. Helena Berg har tagit sig an frågan och har sammanställt data som vi presenterar i två nyhetsbrev.

Sammanfattningsvis kan sägas att alla studerade länder satsar stort på batteriforskning. Uppläggen skiljer sig åt, men det som alla har gemensamt är att det är materialforskning som står i centrum, samt att det finns någon form av storskalig satsning i kluster, nätverk eller kompetenscentra. De genomgångna projekten är projekt som endast fokuserar på batterier (dvs. fordonsrelaterade projekt där ett batteri finns med är inte med).

Batteriforskning i Europa

skrivet av Helena Berg

Idag fokuserar vi på det som händer inom Europa: EU, Frankrike och Tyskland. Sammanfattningsvis kan följande slutsatser dras:

EU satsar framför allt på nästa generations Li-jonbatterier, Li-svavel, Zn-luft, Na-jon. Akademi och industri nätverkar t.ex. genom medlemsnätverket Alistore-ERI.

I Frankrike satsas statliga forskningsmedel i projekt och kluster, samt i forskningsnätverket RS2E, där industrin kan vara medlemmar. Dagens och morgondagens Li-jonbatterier är i fokus, samt celldesign, metodutveckling, och återvinning.

I Tyskland är hela kedjan från material till produktionsprocesser för Li-jonbatterier (nuvarande och nästa generation) i fokus och största delen av forskningen bedrivs vid två Helmholtzinstitut. Akademi och industri samverkar i medlemsnätverket KLiB.

EU

Totalt har EU sedan starten av FP6 satsat 270 M€ på batteriforskning i olika konsortier och till detta har privata finansiärer bidragit med ytterligare 86 M€ [1]. Under FP7 satsades stora resurser på att utveckla Li-jontekniken men även nästa generations batterikoncept. Målsättningen var att forskningsmässigt komma ikapp Asien och USA, men framför allt att förbereda Europas medlemsländer på en omställning till gröna transporter och elnät. Från och med Horizon 2020 är målsättningen ännu skarpare och det är applikationsanpassad forskning som står i fokus när det gäller Li-jonbatterier. Vidare vill man skapa förutsättning av cell- och batteriproduktion inom Europa och då är nästa generations Li-jonbatterier och andra koncept i fokus. Förståelse för, och förbättringar av, dagens Li-jonbatterier har mer eller mindre försvunnit som renodlade batteriprojekt. Samma sak gäller NiMH-batterier som torde finnas med i batteriåtervinningsprojekt eller i projekt som riktas mot återvinning av sällsynta jordartsmetaller från elektronik och fordon i stort. Nästa generations Li-jonbatterier, Li-svavelbatterier, Na-jon och Zn-luft är de dominerande teknikerna så här långt för Horizon 2020.

Relativt få projekt riktar sig enbart mot BMS/BMU-relaterad forskning. Troligtvis görs mycket av denna forskning inom fordonsprojekten. Vidare är det få renodlade återvinningsprojekt som handlar enbart om batteriåtervinning. I de återvinningsprojekt som finansierats finns även återvinning av andra komponenter i elfordon eller elektronisk utrustning.

Det fristående nätverket Alistore-ERI (ERI=European Research Institute), är ett nätverk för akademi och industri verksamma i Europa [2]. Idag samarbetar 19 universitet och institut från åtta länder kring batteriforskning. Chalmers och Uppsala Universitet är i dagsläget de enda svenska partners. Industripartners kan ansöka om att vara med och mot en årlig avgift får man tillgång till forskningsresultat, IP och utbildning. Industriklubben består idag av 12 företag. Årsavgiften från finansierar doktorander och post-docs i projekt som alla enas om.

Frankrike

Frankrikes batteriforskning bedrivs idag främst under paraplyet RS2E – “Réseau sur le stockage électrochimique de l’énergie” [3]. Det övergripande målet är att bibehålla forskning och industri av världsklass i Frankrike. RS2E består idag av 17 universitet, 3 statliga organisationer, och 15 industriföretag. Totalt är ca 150 forskare engagerade i RS2E. Nyligen togs ett nytt huvudkontor i Amiens, norr om Paris, i drift – ett helt nybyggt labb för att möta morgondagens forskningsutmaningar. För de betalande industripartners som finns knutna till RS2E erbjuds, förutom de vetenskapliga resultaten, en direkt tillgång till innovationer och patent från den akademiska forskningen genom ett optionssystem. Som industripartner kan man inte del av RS2Es budget.

Forskningen inom RS2E bedrivs inom fem forskningsområden: Li-jonbatterier, kapacitiv lagring, bio-kompatibel lagring, framtida koncept, samt smarta material (dvs. kombination av flera egenskaper där lagring är en). Hållbarhet finns med som en röd tråd, samt framtagande av verktyg och modeller för att i realtid övervaka och styra batterier, förbättra säkerheten, modellera beteenden och tillverka prototyper.

En viktig del av forskningen är att ta fram ‘proof of concept’ och för att demonstrera forskningsresultaten har man skapat en kedja från material till prototyp/demonstrator: testning, prestandamodellering, säkerhet och återvinning är viktiga delar.

RS2E finansieras via statliga medel under en 10-årsperiod med en årlig budget på 1,5 M€. Till detta kommer de statliga medel som satsas via L'Agence nationale de la recherche (ANR) [4]. Totalt satsar Frankrike totalt 4,5 till 6 M€ per år i RS2E och ANR-projekt.

En genomgång av de forskningsprojekt som finansieras av ANR har genomförts. De projekt som finansieras inom ramen för RS2E går det tyvärr inte att få tillgång till. Totalt har 48 projekt identifierades med start 2010 och framåt. Forskningsområden med störst finansiering är katoder och anoder till dagens och morgondagens Li-jonbatterier (3,4 respektive 3,7 M€), och anoder av metalliskt Li (3,4 M€).

Tyskland

För att stärka tysk fordonsindustri och behålla spetsteknologisk utveckling inom landet satsar

Tyskland stora summor på batteriforskning. Ett av målen är att skapa förutsättningar för storskalig cellproduktion i Tyskland. I Tyskland bedrivs batteriforskningen likt det som sker i Sverige med projekt till enskilda forskare och till konsortier med både akademi och industri involverade. Dock är mycket av forskningen koncentrerad till två Helmholtzinstitut.

Vid Helmholtz Institute Ulm (HIU) [5] forskar närmare 120 forskare kring dagens och morgondagens Li-jonbatterier, men framför allt på framtida koncept: Li-syre, Li-svavel, Mg-svavel och Na-jon. Målet är att högre energitäthet, billigare, säkrare och miljövänligare lösningar med lång livslängd. HIU bildades 2011 och består av fyra partners: Karlsruhe Institute of Technology (KIT), University of Ulm, German Aerospace Center (DLR) och Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW).

Forschungszentrum Jülich, Westfälische Wilhelms-Universität Münster (WWU Münster) och RWTH Aachen University utgör Helmholtz Institute Münster (HIMS) [6] som bildades 2014. Sammanlagt torde över 200 personer jobba inom HIMS men ingen officiell siffra finns. Forskningsfokus är elektrolyter: vätskeformiga, polymerer, keramer, jonvätskor, även om hela koncept studeras. En central del i HIMS är Münster Electrochemical Energy Technology (MEET), vilket är ett internationellt välkänt forskningslaboratorium framförallt kring elektrolyter för Li-baserade koncept och hela celler. HIMS har en basfinansiering på ca 5,5 M€. Vid RWTH Aachen har man även tagit steget mot att fördjupa sig i förståelsen kring batterilivslängd och inrättat en professur i ämnet där delstaten och staten satsar 60 M€ i Center for Ageing, Reliability and Lifetime Prediction of Electrochemical and Power Electronic Systems [7].

Samtliga statliga forskningsfinansiärers satsningar finns att tillgå i en databas [8]. Allt är på tyska och inte helt lätt att navigera. Sedan 2010 har staten satsat ungefär 180 M€ i forskningsprojekt kring Li-jonbatterier för fordon och stationära tillämpningar (inklusive material, produktion, säkerhet och styrning), nya koncept och tekniköverföringsprojekt. Till detta kommer industrins bidrag som är ungefär lika stor.

Ett relativt nystartat forskningsprogram är Batterie2020 med en totalbudget på 100 M€ som ska fördelas på tre utlysningar i en tvåstegsprocess och inom tre forskningsområden: 1) material och processer för nya material, 2) celler med hög energi- och effekttäthet, och 3) nya koncept. För de två första områdena krävs att industripartners aktivt deltar samt koordinerar projekten. Ungefär 20% av budgeten är vikt för nya koncept och kan vara helt universitetsdrivna.

I Tyskland finns det fristående kompetensnätverk Kompetenznetzwerk Lithium-Ionen-Batterien (KLiB) [9]. Nätverkets mål är att skapa samarbeten kring forskning och utveckling av fordonsbatterier tvärs industriföretag, forskningsinstitut, offentliga institutioner och universitet. Nätverket ska även sprida kunskap och resultat i ett bredare sammanhang för att öka den allmänna kunskapen inom batteriområdet genom konferenser, seminarier, kurser, osv. Idag finns 48 medlemmar, och där medlemsavgiften beror på företagens storlek. Då KLiB är en neutral part blir organisationen ofta ett språkrör för branschen gentemot andra branschorganisationer eller myndigheter. Medlemsavgiften används för konferenser och seminarier och andra gemensamma aktiviteter och inte till forskning.

Referenser

[1] Cordis

[2] Alistore 

[3] Energie-rs2e 

[4] Agence Nationale 

[5] HIU 

[6] Helmholtz 

[7] RWTH Aachen 

[8] Foerderportal 

[9] KLiB