Teknikvalet: Vilka batterier ska sitta i Volvo Cars framtida elbilar?

I en video som det israeliska startupbolaget Storedot publicerade 2014 visas hur en mobiltelefon med hjälp av företagets batteriteknik laddas på omkring 30 sekunder. En av kommentarerna under videon är: "Föreställ er den här tekniken i bilar. Jag hade köpt en elbil omedelbart. Fantastiskt!"

Hajpen blev enorm och senare började Storedot faktiskt prata om att lansera tekniken även för elbilar. Snabbladdning har sedan dess blivit företagets främsta usp och är det fortfarande.

Nu hoppas till och med Volvo Cars få del av framstegen genom en investering i bolaget. Men Storedot är faktiskt ett på många sätt fundamentalt annorlunda bolag nu jämfört med då.

Skillnaden är ganska liten mellan de litiumjonbatterier som olika biltillverkare installerar i dagens elbilar. I väst dominerar batterier med nickelrika kemier som NMC och NCA medan billigare litiumjärnfosfatbatterier har en starkare ställning i Kina. Gemensamt för alla tre är den grafitbaserade anoden och våta elektrolyten.

Men framtiden kommer förmodligen att se annorlunda ut.

Jakten på högre energitäthet, bättre livslängd och förbättrad snabbladdningskapacitet pågår för fullt. Om vi håller oss till litiumjontekniken och bortser från mer exotiska alternativ står det också klart att några utvecklingsspår framträder tydligare än andra. Dessa är framför allt batterier med en elektrolyt i fast fas (solid-state på engelska) samt förändrade anoder bestående av antingen litiummetall eller kisel. Vilken väg – eller kombination av vägar – som tillverkarna väljer skiljer sig åt.

Investerade i batteristartup

För att försöka förstå vad som kommer härnäst kan man titta på vilka strategiska investeringar som biltillverkarna gör. Ett sådant exempel är Volvo Cars nyligen genomförda investering i Storedot. Bolaget utvecklar litiumjonbatterier med en kiseldominant anod. Den främsta usp:en är snabbladdningsförmågan som ska göra det möjligt att fylla batteriet med 160 kilometers räckvidd på fem minuter. Men mer om det senare.

Volvo Cars vill bli en elbilspionjär och har som mål att 2030 endast sälja helt batterielektriska fordon. Hittills har bolaget köpt NMC-batterier från kinesiska CATL och koreanska LG Chem. Men i fjol presenterades samarbetet med den svenska batteritillverkaren Northvolt. Förutom bygget av en cellfabrik i Göteborg inbegriper det även utveckling av nya batterityper som är ”skräddarsydda för nästa generations helt elektriska Volvo- och Polestarbilar”. Volvo hoppas kunna erbjuda 1 000 kilometers räckvidd med tredje generationens batteri.

Volvo har meddelat att samarbetet med Storedot huvudsakligen kommer att ske inom det befintliga samriskbolaget som biltillverkaren redan har med Northvolt.

Vilka är Storedot egentligen?

Innebär detta att vi i framtiden kommer att få se Volvobilar med ett batteri med kiseldominant anod? Det är ännu för tidigt att säga, inte minst eftersom tekniken ännu inte är helt färdigutvecklad.

Men vilka är Storedot egentligen, och hur kommer det sig att Volvo Cars väljer att satsa på just dem? Bolagets historia är spretig och fylld av tvära kast.

Det grundades 2012 av tre professorer: Doron Myersdorf, Gil Rosenman och Simon Litsyn. Den ursprungliga idén var att utveckla displayer och minneskretsar baserade på en upptäckt kring peptider, en sorts protein, som kan fås att fungera som organiska halvledare i nanostorlek. I normala fall används oorganiska material för detta.

Men 2014 började bolaget alltså även prata om batterier för smarta mobiltelefoner. Det var samma år som den hajpade videon publicerades.

Batteri som kombinerar en kondensators snabbladdningsförmåga

Att gå från att utveckla displayer till att även inkludera batterier är ett stort steg för ett litet startupbolag. Den israeliska tidningen Haaretz har gjort en omfattande granskning av Storedot och konstaterar att fokusskiftet 2014 knappast är det enda. Bolaget har närmast gjort det till en konst att genomföra stora strategiskiften i takt med att problem uppstått vid utvecklingen av den befintliga tekniken.

2015 meddelade Storedot att det parallellt med mobiltelefonbatterier även ger sig in i branschen för elfordonsbatterier. Deras teknik skulle medge laddning på endast fem minuter. I en värld där räckviddsångest var ett högst påtagligt fenomen lät det förstås som en räddning.

2017 skrev bolaget en lång introduktion till hur deras så kallade Flashbatteri fungerar. Nyckeln låg i en multifunktionselektrod, byggd med hjälp av den organiska peptidtekniken. Elektroden uppgavs göra det möjligt att bygga ett batteri som kombinerar en kondensators snabbladdningsförmåga med litiumjonteknikens energitäthet.

Pengar från Abramovitj och Samsung

Under tiden flödade riskkapitalet in i bolaget. 2014 togs 50 miljoner dollar in från bland andra den ryske oligarken Roman Abramovitj och Samsung. 2017 fylldes kassan på med 62 miljoner dollar från bland annat Daimler, TDK och Samsung. Bolaget värderades vid denna tidpunkt till en halv miljard dollar. Senare hoppade även petroleumjätten BP på batteritåget med en investering om 20 miljoner dollar.

Men i takt med att hajpen växte började experter varna för att det Storedot vill göra knappast är enkelt, eftersom den organiska strukturen är svår att göra stabil.

Kring decennieskiftet skymtades så ytterligare en förändring. Storedot började använda sig av germanium i anoden. I efterhand menar vd Doron Myersdorf att det endast var för att verifiera tekniken och att germanium är alldeles för dyrt för att använda i kommersiell skala.

Landat i batterier med kiselanod

Numer är Storedot helt inriktade på batterier för elbilar med kiselbaserad anod. Peptidtekniken, mobiltelefonbatterier och displayer har de helt lämnat bakom sig. Den enda organiska komponenten som finns kvar är ett patenterat tillsatsämne som används för att minska mekanisk påfrestning samt förhindra oönskade sidoreaktioner mellan anod och elektrolyt, säger bolagets teknikchef Daniel Aronov till Ny Teknik.

Från att ha varit ett hajpat startupbolag med en unik teknik som uppgavs kunna ladda en elbil på fem minuter är Storedot nu ett tio år gammalt bolag som fortfarande inte har fått ut en enda produkt på marknaden. Och de är inte ensamma om att satsa på kiselbaserade anoder. Enevate, Group14 och Sila Nano är andra exempel på bolag.

Har snabbladdat testcellen över 1 000 gånger

Intresset för kiselbaserade anoder är dock begripligt eftersom de har nästan tio gånger så hög teoretisk specifik kapacitet (mAh/g) jämfört med konventionella grafitanoder. Utmaningen ligger främst i att kisel sväller enormt vid laddning. Det ger skador i elektrodstrukturen och kraftigt försämrad cykellivslängd.

Storedot menar dock att de har löst livslängdsproblemet. Så sent som i mars i år meddelade bolaget att de snabbladdat en testcell mer än 1 200 gånger. I förra veckan demonstrerade de laddning av en testcell till 86 procent på tio minuter.

Men kiselanoder är inte den enda hästen i racet för bättre batterier. Ännu bättre specifik kapacitet har faktiskt anoder av metalliskt litium. Att så många biltillverkare satsar på batterier med en elektrolyt i fast fas, beror bland annat på förhoppningen att kunna realisera litiummetallanoder. Med en obrännbar fast elektrolyt kan litiumets starka reaktivitet tyglas.

Batteriexpert: Tror personligen på kisel

Vilken häst som kommer att vinna är ännu svårt att säga, menar Erik Berg, professor på avdelningen för strukturkemi vid Uppsala universitet.

Han betonar att litiummetall utgör litiumjonteknikens heliga graal – men också att det redan har forskats intensivt på den under decennier utan att den har nått kommersialisering.

– Kanske kommer kiselanoderna att ta över under en övergångsperiod innan fastfaselektrolyterna och litiummetall tar över. Kanske lyckas vi aldrig med litiummetall? Kanske lyckas ingen av teknikerna och grafit förblir den optimala anoden. Men personligen tror jag att kisel tar över, antingen tillfälligt eller permanent, säger han.

Volvo Cars: För tidigt att säga

Hur mycket Volvo Cars genom investeringsgrenen Tech Fund satsat i Storedot är inte känt. Volvo har inte kunnat erbjuda en intervju med talespersonen för investeringen, men pressavdelningen säger att Tech Fund investerar i andelar mellan noll och tio procent av företagen.

Hur stor är chansen att Storedots teknik kommer att hamna i framtida Volvobilar?

– Vår investering i Storedot ger oss möjligheten att samarbeta nära med dem om denna nya och spännande teknik, men det är för tidigt att spekulera i hur tekniken kommer att användas i våra bilar i framtiden, skriver Volvos pressavdelning i ett mejl.

Man ska också komma ihåg att Northvolt i fjol köpte amerikanska Cuberg, som utvecklar batterier med anod av litiummetall. På så sätt kan Volvo alltså ha säkrat upp tillgång till båda de lovande framtidsteknikerna.

Northvolt då? Vill inte kommentera

Northvolt har avböjt att kommentera vilka konsekvenser Storedots inträde i samarbetet får, utan hänvisar till Volvo.

Storedot har dock fler investerare än Volvo att tänka på, och har en egen strategisk plan för framtiden. Till 2028 vill bolaget erbjuda ett batteri som kan ladda 160 kilometer på tre minuter med hjälp av fastfaselektrolyt. Till 2032 ska det gå på endast två minuter med hjälp av en batteriteknik ”bortom litiumjon”.

Storedot: ”Börjar förmodligen med en premiumbil”

Nyligen stängde bolaget en runda på upp till 80 miljoner dollar, ledd av vietnamesiska Vinfast. Den första kommersiella cellen benämnd XFC ska gå i produktion 2024. Den får NMC-katod, kiselanod och våt elektrolyt. Storedot har gjort upp med den kinesiska celltillverkaren Eve Energy för en produktion om 6 GWh per år, men vill även producera dem i Europa och USA. Cellerna ska tillverkas i påsformat samt cylindriskt format.

Hur mycket av er teknik kommer ni att behöva förändra när ni går till fastfaselektrolyt?

– Det är svårt att svara på eftersom vi ännu inte har en tydlig väg för hur vi ska komma dit. Solid-state är två ord som låter bra, man bakom dem finns energitäthet, laddhastighet och andra parametrar som alla måste passa för cellen. Vi har ännu inte fryst designen. Så förmodligen behöver vi förändra en massa, säger Daniel Aronov.

Med alla parametrar som fortfarande behöver justeras, kan ni verkligen lova att ni 2028 kommer att kunna erbjuda 160 kilometers laddning på tre minuter?

– Det är en bra fråga. Vårt angreppssätt är att kombinera hög energitäthet med snabbladdningskapacitet och därefter göra de justeringar som behövs för att uppnå tillräcklig livslängd i form av antal upp- och urladdningar. Vi förstod snabbt att fastfaselektrolyter inte kommer att kunna laddas så snabbt, på grund av gränsskiktsresistans, trycket som behöver appliceras och en massa andra saker som vi kan diskutera i två timmar. Därför behövs det ett originellt angreppssätt som för oss innebär någon form av semifastfaselektrolyt. Då kan vi behålla säkerhetsfördelarna med fastfaselektrolyter men ändå uppnå hög snabbladdningskapacitet, säger Daniel Aronov.

Vilken typ av bil och från vilken tillverkare kommer ert batteri först att hamna i, tror du?

– Vi börjar förmodligen med en premiumbil eftersom det här är ny teknik som blir en differentiator gentemot konkurrenter men som kräver förändringar i bilens infrastruktur. Därefter kan tekniken tränga ner till lägre prissegment. Vi är i kontakt med nästan alla biltillverkare, men jobbar nära några av dem. Om ett år kanske du har svaret, säger han.