Teknik för framtidens elbilsbatterier

Antalet elfordon ökar snabbt över hela världen. Samtidigt ställs allt högre krav på mer tillförlitliga och hållbara batterier. Högskolan Väst har nyligen startat två spännande forskningsprojekt som kan bidra till utvecklingen av bättre batterier. Båda projekten utgår från forskningsområden där högskolan har spetskunskaper: Svetsteknik, termisk sprutning och materialkunskap.

Bristen på material till halvledare, utmaningar kopplade till fortsatt utvinning av sällsynta jordartsmetaller och konkurrensen om ändliga naturtillgångar är ett stort problem för fordonsindustrin. Det handlar om material som i stor utsträckning används i elbilsbatterier.

– Batterierna i elfordon har en avgörande roll för att omställningen till elektrifierad fordonsflotta ska bli hållbar. Alla biltillverkare söker nya lösningar eftersom batterierna är en stor konkurrensfaktor. Kunderna frågar efter längre räckvidd, snabbare laddning, lång livslängd och hållbar teknik som inte tär på naturens resurser, säger Per Nylén, professor i produktionsteknik.

– För Högskolan Väst är det självklart att använda vår expertis för att bidra till att lösa de stora klimatutmaningar vi står inför. Ny teknik behövs för att elektrifieringen ska kunna genomföras på ett ansvarsfullt sätt. Vi har nyligen startat två forskningsprojekt och planerar för fler, säger Per.

Säkrare och mer hållbara litiumjonbatterier

Elfordon blir allt vanligare på världens vägar och de flesta drivs av litiumjonbatterier. En ofta förbisedd men kritisk del i denna typ av batteri är svetsarna mellan de olika komponenterna. Svetsar av dålig kvalitet kan leda till allvarliga problem.

– När man till exempel snabbladdar elfordon utsätts fogarna i batterierna för mycket höga spänningar. Sprickor och andra defekter i fogarna kan leda till reparationsbehov och i värsta fall kan batteriet börja brinna, säger professor Paul Kah som leder forskningsprojektet Empire.

Pauls forskarteam undersöker hur svetsfogar i batterierna kan förbättras så att de får bättre materialegenskaper, större tillförlitlighet och bättre långtidsegenskaper.

– Vi fokuserar på att utveckla en mix av material till svetsfogen som ger fogen högre kvalitet. Vi ska också undersöka vilken typ av lasersvetsprocess som ger bäst resultat vid tillverkningen av litiumjonbatterier. Med rätt fogmaterial och tillverkningsmetod kan framtidens litiumjonbatterier bli både säkrare och mer hållbara. 

Nästa generation elbilsbatterier

Flera batteritillverkare satsar parallellt på utveckling av tunna fastfasbatterier (Solid state thin film battery) eftersom de kan ge snabbare laddningstid, högre säkerhet och längre livslängd än moderna litiumjonbatterier. Men dagens tillverkningsmetoder gör komponenterna i de tunna fastfasbatterierna olämpliga för storskalig deponering. Deponeringshastigheten är oftast långsam och det medför höga kostnader.

Nu testas för första gången idén att använda termisk sprutning vid tillverkning av komponenter till tunna fastfasbatterier för att ge batterikomponenterna högre prestanda, högre säkerhet och lägre tillverkningskostnader. Professor Shrikant Joshi leder forskningsprojektet Novelcabs.

­– Termisk sprutning används inom en rad olika produktområden för att förbättra komponenters hållbarhet och prestanda – allt från flygmotorkomponenter till benimplantat. Det är en kostnadseffektiv och flexibel teknik för att förse komponenter med robusta ytskikt, förklarar Shrikant Joshi.

– Nu undersöker vi hur termisk sprutning med flytande råmaterial kan användas för att ytbelägga komponenterna i tunna fastfasbatterier. Teknikerna vi använder är suspensionsplasmasprutning och plasmasprutning med material upplöst i vätska, förklarar Shrikant Joshi.

– Vi hoppas att projektet kan ge de svenska batteritillverkarna tillgång till en ny robust beläggningsplattform för utveckling av tunna fastfasbatterier. Det kan bli ett värdefullt bidrag till nästa generation batterier för elfordon.

Novelcabs är ett proof-of-concept-projekt som genomförs i nära samverkan mellan Högskolan Väst och Ångström Advanced Battery Centre vid Uppsala universitet.