Nu visar forskare från Chalmers att dessa batterier har en likvärdig klimatpåverkan som litiumjonbatterier, utan risken att råvarorna tar slut.
– Materialen vi använder i framtidens batterier kommer att vara viktiga för att kunna ställa om till förnybar energi och fossilfri fordonsflotta, säger Rickard Arvidsson, docent i miljösystemanalys vid Chalmers.
Enligt EU-kommissionens akt om kritiska råvaror, förväntas efterfrågan på sällsynta batterimaterial öka exponentiellt i takt med att EU-länderna övergår till förnybara energisystem och elfordon. Den gröna omställningen kommer också att kräva mer lokal produktion av batterier och annan ny fossilfri teknik, och en god tillgång till råvaror behövs för att tillgodose efterfrågan. Samtidigt innebär en sådan produktion en hög risk för leveransavbrott, på grund av att källorna till råmaterial är så få.
Litiumjonbatterier är på väg att bli en dominerande teknik i världen¬¬¬ och den är bättre för klimatet än fossilbaserad teknik, i synnerhet när det gäller transporter. Men litium innebär en flaskhals.
– Man kan inte producera litiumbaserade batterier i samma takt som man önskar producera elbilar, och fyndigheterna riskerar att bli utarmade på lång sikt. Dessutom utvinns andra kritiska batterimaterial såsom litium och kobolt, främst på några få platser i världen vilket utgör en risk för tillgången, säger Rickard Arvidsson.
Utvecklingen av nya batteritekniker går snabbt i jakten på nästa generations batterier. De ska gärna hålla länge, ha hög energitäthet och vara enkla att producera. Forskargruppen på Chalmers valde att titta på natriumjonbatterier som innehåller natrium, något som finns i koksalt, i stället för litium.
I en ny studie har de gjort en så kallad livscykelanalys av batterierna, där de har undersökt deras totala miljöpåverkan och materialåtgång vid råvaruutvinning och tillverkning och kom då fram till att natriumjonbatterier är mycket bättre än litiumjonbatterier när det gäller påverkan på mineralresurser, och likvärdiga när det gäller klimatpåverkan.
Beroende på vilket scenario man tittar på hamnar de på mellan 60 och strax över 100 kilo koldioxidekvivalenter per kilowattimme teoretisk lagringkapacitet, vilket är lägre än vad som tidigare rapporterats för denna typ av natriumjonbatterier. Forskarna identifierade även andra åtgärder med potential att ytterligare minska klimatpåverkan, såsom att utveckla en miljömässigt bättre elektrolyt eftersom den utgjorde en stor del av batteriets totala påverkan.
Dagens natriumjonbatterier förväntas redan nu kunna användas för stationär energilagring i elnätet och med fortsatt utveckling kommer de sannolikt också användas i elfordon i framtiden.
– Energilagring är en förutsättning för utbyggnaden av vind- och solkraft. Givet att lagringen sker med batterier är frågan vad de batterierna ska tillverkas av? Ökad efterfrågan på litium och kobolt kan bli ett hinder för den utvecklingen, säger Rickard Arvidsson.
Den stora fördelen med tekniken är att materialen i natriumjonbatterierna är rikligt förekommande och finns över hela jorden. Den ena elektroden i batterierna, katoden, har natriumjoner som laddningsbärare och den andra elektroden, anoden, består i de exempel Chalmersforskarna har undersökt av hårt kol som kan tillverkas av biomassa från skogsindustrin. Även vad gäller produktionsprocesser och geopolitik är natriumjonbatterier ett alternativ som kan skynda på övergången till ett fossilfritt samhälle.
Artikeln Prospective life cycle assessment of sodium-ion batterieis made from abundant elements, har publicerats i Journal of Industrial Ecology. Studiens författare är Rickard Arvidsson, Sanna Wickerts, Anders Nordelöf, Magdalena Svanström och Patrik Johansson. Forskarna är verksamma vid Chalmers tekniska högskola.