Skrivet av Helena Berg
Brittiska batteriforskare har länge varit i de främsta leden när det gäller Li-jonbatterier, men även andra koncept som Li-syre och Na-jon. En gedigen infrastruktur finns även i landet: allt från forskningslabb till storskaliga anläggningar. Detta vill man ni kombinera för att kraftsamla.
Under november 2017 presenterades ett samlat initiativ för att ytterligare stärka forskningen, men även bana väg för att föra forskningsresultaten till kommersiella produkter – Faraday Challenge. Målet med satsningen är:
”Fully exploit the industrial opportunity of vehicle electrification: World leading batteries developed, designed and manufactured in the UK.”
Faraday Challenge är en 10-årig satsning inom tre grundstenar: forskning, utveckling och uppskalning. En gemensam tråd är utbildning på alla nivåer; från cellmaterial till storskalig produktion och återvinning. Totalt satsar staten 246 miljoner pund (ca. 2,9 miljarder SEK) under de första fyra åren och planen är att därefter årligen satsa 125 miljoner pund. Till detta kommer motfinansiering från företag på 139 miljoner pund (ca. 1,6 miljarder SEK).
Faraday Institution: Steg 1 med tydlig målbild för grundforskningsprojekt
Tillsammans har man inom olika konstellationer enats om en gemensam målbild till 2035: energi, effekt, livslängd, säkerhet, kostnad, återvinning, temperaturområde. Grundstenen ”forskning” har en budget på 78 miljoner pund (ca. 920 MSEK) för de första fyra åren och samlas under paraplyet Faraday Institution, som hålls samman av University of Warwick. Industrin bidrar med 4,6 miljoner pund (54 MSEK) i in-kind. Det är applikationsdriven forskning som ska bedrivas. Idag finns fyra projekt (vardera på 3 år): ”degradation”, ”multi-scale modelling”, ”solid-state cells” och ”recycling”. Nya projekt kommer startas under 2018 som inte än kommunicerats.
Livslängdsprojektet försöker förstå hur omgivningen och användningen påverkar elfordon över tid. Man nämner ”external and internal stresses” som fokus. Projektet är på nästan 12 miljoner pund (ca. 144 MSEK) och leds av universitetet i Cambridge (totalt 10 universitet och 10 företag är med). De viktigaste parametrarna man studerar är temperatur, laddning och urladdning. Resultaten ska ligga till grund för forskning och utveckling av nya material och celler.
Modelleringsprojektet är på 10 miljoner pund (ca. 118 KSEK) och leds av Imperial College London (ICL) och har som syfte att skapa modelleringsverktyg för att kunna förstå mekanismer som sker inuti cellen under användning, men även på packnivå. Resultaten från projektet är att förstå, men framför allt prediktera livslängden i olika applikationer och användningsmönster. Kunskapen som genereras är generell, men fokus kommer vara ”automotive”. Projektet startade nyligen och ICL rekryterar för fullt – sju nya forskartjänster finnas att söka för enbart detta projekt.
Fastfasbatterier (solid-state) har fått mycket uppmärksamhet i media under det senaste året. Projektet inom Faraday Institution fokuserar på metalliskt litium som anod i denna typ av celler. Projektet leds av University of Oxford och engagerar sju universitet och nio företag (budget på ca. 10,5 miljoner pund (ca. 124 MSEK)). Förutom kostnad, vikt och säkerhet vill man studera hur man kan minimera miljöpåverkan och på fordonsnivå försöka minska kylbehovet.
Återvinning och cirkulär ekonomi är fokus för det fjärde projektet inom Faraday Institution. Utgångspunkten är att 100 % ska kunna återvinnas, och målet för 2035 är åtminstone 95% återvinningsgrad. University of Birmingham leder projektet (budget på ca. 9,5 miljoner pund (ca. 112 MSEK)) och består av åtta universitet och 14 företag. Några resultat finns inte än att presentera då projektet startade i mars i år.
Steg 2 och 3: Batteriutveckling och uppskalning
För att bygga upp leverantörskedjan satsar staten nu under fyra år totalt 88 miljoner pund (ca. 1 miljard SEK) i batteriutveckling – ”Innovations” (steg 2 i Faraday Challenge) som syftar till TRL-nivå 6. I januari i år beviljades 27 projekt finansiering (totaltbudget motsvarande 472 MSEK) och som engagerar 66 partners. Projekten leds av industripartners med syfte att förbättra produktionstekniken, driftsegenskaper, återvinningsmetoder och återanvändning av batteripack. Många förstudieprojekt med budget upp till motsvarande 11-12 MSEK har beviljats. Forskningsområden är materialutveckling, cellproduktionsteknologi, utveckling av moduler och pack, batteristyrning och algoritmer (dvs. BMS), återvinning, återanvändning, och fordonskoncept (off-road, bussar och kommersiella fordon inkluderade).
Ett exempel är projektet ”Battery Thermal management and diagnostics for heavy-duty applications”. Ett nytt energilager för Caterpillars hjullastare ska tas fram. Detta är ett steg i att lyfta vikten av tunga fordon och den annorlunda kravspec som råder.
Även 18 projekt som rör andrahandsanvändning finns i portföljen, där ofta affärsmodellerna som fallerar, inte teknologin. Det som saknas är standardisering och öppenheten kring BMS, enligt professor David Greenwood vid University of Warwick när han presenterade Faraday Challenge vid konferensen Advanced Battery Power i Münster tidigare i år.
För att kunna ta nästa steg (Steg 3 i Faraday Challenge) mot batteriproduktion i Storbritannien satsar staten 80 miljoner pund (ca. 944 MSEK) i ett nytt nationellt centrum för batteriproduktion - UK Battery Industrialisation Centre - som har som uppgift att ta de mest lovande batterikoncepten och -materialen och göra dem redo för produktion. Anläggningen som finns i West Midlands (troligtvis i Warwick) ska även tillhandahålla utbildning i de olika produktionsstegen i celltillverkning. Två år ska det ta och bygga anläggningen, som ska skapa förutsättningar för större satsningar i GWh/år-storlek. Företag längs hela kedjan från materialtillverkare till OEMs ska kunna testa valda delar i anläggningen.
I Millbrook investerar man nu i en testanläggning för elfordon. Bland annat byggs testceller för fullskaletest av fordonsbatterier upp (1100 V, 750 kW och -40 -- +90°C). Förutom batteripack ska man testa celler och moduler: prestanda-, så väl som säkerhetstester.
Egna kommentarer
Faraday Challenge lyfts ibland som ett svar på Brexit, dock har diskussionerna om storsatsningar på batteriområdet funnits längre än Brexit.
Så långt finns det inget ’revolutionerande’ i satsningarna i Storbritannien när det kommer till val av projekt. Det snarare storleken på satsningarna som sticker ut. Enorma pengar. Misstänker att ett problem är att hitta kompetens för forskningsprojekten?
Det är många länder som satsar på cellproduktion; en rejäl utmaning att konkurrera med asiatiska tillverkare. I takt med att celler blir mer och mer lika minskar lönsamheten för cellproduktion. Det unika blir moduler och pack, inklusive styrenhet. Men för att designa batteripack med robusta styrenheter krävs djup kunskap om vad som händer inne i cellerna och hur olika celler är tillverkade. Så här har Faraday Challenge en viktig roll för Storbritannien – att utbilda folk i alla led.
Korridorsnacket vid konferensen i Münster tidigare i vår kretsade kring just lönsamheten i cellproduktion inom Europa. Och stora fråga var om inte europeiska forskningssatsningar gör att asiatiska bolag skaffar sig ännu större försprång då de lätt plockar upp forskningsresultaten.
Detta nyhetsbrev bygger på följande källor:
Faraday Challenge website (http://www.faraday.ac.uk )
Automotive Sector Deal (https://www.gov.uk/government/publications/automotive-sector-deal)
Presentation vid Advanced Battery Power 10-11 april 2018, Münster.
Millbrook centre (http://www.millbrook.co.uk/press-office/news/millbrook-strengthens-position-as-uk-s-leading-independent-battery-and-e-propulsion-test-facility/)
