Natriumbatteri minskar beroendet av kritiska metaller

Den vanligaste batteritypen, litiumjonbatterier, innehåller litium, kobolt, nickel och grafit som alla finns med på EU:s listor över kritiska och strategiska material.

För att minska beroendet utvecklar batteritillverkare olika alternativ. En lovande kandidat är batterier som är baserade på natrium i stället för litium. Natrium, som ingår i vanligt koksalt, är 1 000 gånger vanligare än litium i jordskorpan. 

Men är natrium bättre än litium ur ett mineralresursperspektiv om hänsyn tas till alla steg i tillverkningen? För att undersöka den frågan har forskare vid Chalmers teknisk högskola gjort en livscykelanalys av två varianter av natriumjonbatterier. 

– Resultatet bekräftar att natriumjonbatterier är mycket bättre. Det kan låta självklart men inget som går att ta för givet. Det kan finnas dolda processer i produktionskedjor som förbrukar material, säger Rickard Arvidsson, docent i miljösystemanalys vid Chalmers och en av författarna till studien som publicerats i Journal of Industrial Ecology.

Det finns olika typer av natriumjonbatterier. Forskarna valde att undersöka en variant där katoden består av natrium, järn, kol och kväve, så kallad preussisk vit.

– Det är en spännande materialkemi eftersom ambitionen är att bara använda sig av rikligt förekommande material, säger Rickard Arvidsson. 

Jämfört med de ämnen som finns i katoden i ett litiumjonbatteri – litium, kobolt, nickel och mangan – är dessa ämnen betydligt vanligare i jordskorpan, vilket är en av de indikatorer som forskarna använde. Det innebär att tillgången på mineralerna till natriumjonbatteriet på lång sikt är mindre knapp. 

– Det behövs även mindre malm i framtiden för att få fram materialen och det ger en ännu tydligare favör till natriumjonbatterierna, säger Rickard Arvidsson.

En annan fördel med natriumjonbatterier är att de använder så kallat hårt kol i stället för grafit i anoden. I det ena av de undersökta batterierna tillverkades kolet av lignin, som är en restprodukt från skogsindustrin vilket också ger en fördel både klimat- och resursmässig.

Forskarna jämförde också koldioxidutsläppen från produktionen och fann inga större skillnader jämfört med litiumjonbatterier. Tillverkningen av ett natriumjonbatteri går också i princip till på samma sätt som ett baserat på litium. 

Rickard Arvidsson ser en stor potential med natriumjonbatterier. Det kan till exempel vara möjligt att snabbare skala upp batteriproduktionen eftersom de ingående materialen är lättare att få tag i.

– Det minskar också de geopolitiska problemen med att utvinningen av litium, kobolt och nickel som används i litiumjonbatterier är väldigt koncentrerad till vissa länder. Mycket förädling av dessa mineraler till batterimaterial sker dessutom i Kina. 

Bland de tillverkare som satsar på natriumjonbatterier är den svenska batteritillverkaren Northvolt. Nyligen presenterade företaget en battericell baserad på preussisk vit som utvecklats i samarbete med Altris, en avknoppning från batteriforskningen vid Uppsala universitet.  

Förutom att de bara innehåller vanligt förekommande material ska natriumjonbatterierna bli billigare än litiumjonbatterier. De är också säkrare eftersom de tål höga temperaturer och inte riskerar att fatta eld på samma sätt som batterier med litium. Dessutom presterar de bättre vid lägre temperaturer.

Nackdelen är att de inte kan lagra lika mycket energi i förhållande till sin vikt. Medan de bästa litiumjonbatterierna ligger på 300 Wh/kg har Northvolts natriumjonbatteri en energidensitet på 160 Wh/kg. De är därför i första hand tänkta att användas för energilagring och inte i elbilar.