Litium-jon batterier – Historien bakom och hur de fungerar

Trots att tekniken bakom litium-jon-batterier har flera decennier på nacken så är det först på senare tid som den har fått genomslag inom bil- och fordonsbranscherna. Mycket på grund av att mer samtida teknisk innovation har gjort batterierna säkrare, kraftfullare och avsevärt mycket mer lämpade för krävande användning. Följ med oss på en närmare titt på vad som gör detta batteri så speciellt.

Numera är litiumjonbatterier ett givet val inom bil- och fordonsindustrierna. Det är utan tvekan den mest använda batteritypen bland hybrid- och elbilar och eldrivna arbetsfordon. Anledning är att den rådande generation av litium-jon-batterier har unikt hög energitäthet och driftsäkerhet som gör dem särskild lämpade för denna sorts användning. Genom att på en förhållandevis liten yta placera ett stort antal battericeller som bygger på modern innovativ teknik kan nämligen få batterier med otrolig kapacitet som samtidigt har lång livslängd och även hanterar de mest krävande nordiska klimaten. Men hur skedde egentligen denna utveckling?

Lång innovation bakom dagens batterier

Litiumjonbatteriet som användbar produkt sträcker sig tillbaka till 1973 då ingenjören Adam Heller presenterade den första prototypen för vad som skulle komma att bli det moderna litium-jon-batteriet. Vad som gjorde hans idé unik var att det representerade den första praktiskt tillämpningsbara batteritekniken som baserades på litiumteknik. För första gången fick man tillgång till en batteriteknik med rätt förutsättningar för drastiskt förbättrad energidensitet. Även om det hela baserades på äldre innovation så utgjorde det ett enormt steg mot dagens kraftfulla batterier.

Med åren har det skett många förbättringar. Och än i dag pågår forskning som förväntas leda till att allt ifrån flygplan till tåg kommer att kunna drivas med batteridrift. Men hur fungerar litiumjonbatterier?

Så fungerar litiumjonbatteriet

Det finns många olika sätt att se på batterier. Allt ifrån ett praktiskt förhållningssätt till ett rent kemiskt eller fysiskt perspektiv. Här har vi valt att endast övergripande titta på vad det är som skiljer just denna batteriteknik från övriga alternativ.

I litiumjonbatterier finns det en negativ anod-elektrod och en positiv katod-elektrod vars sammansättning ofta specialanpassas utifrån batteriets tilltänkta användningsområde. Detta påverkar såväl laddningskapacitet som batteriets urladdning. Tillsammans utgör de batteriets celler.
Litiumjonbatterier laddas oftast genom att man ger battericellerna konstant ström som därefter övergår till lågnivåström.
Litiumjonbatterier skapar rätt förutsättningar för väldigt hög energitäthet och spänning tack vare särskild teknik som gör att en stor mängd litiumjoner vandrar mellan batteriets elektroder.

Just anpassningsbarheten är kanske en av de största styrkorna hos litiumjonbatterier. Och därför kommer ofta ett flertal olika sammansättningar på tal. Här är några av de allra mest vanligt förekommande kemiska variationerna.

Litiumjärnfosfat (LFP) är vanligt förekommande i produkter från Kina och förenar lång livslängd med stabilitet i ett flertal olika temperaturer.
Litiumkoboltoxid (LCO) är en av de äldsta sammansättningarna och ger mycket ström men har sämre livslängd än andra alternativ. Särskilt vanligt i mindre produkter.
Litiummangandioxid (LMO) anses vara ett kortsiktigt kostnadseffektivt alternativ som ger hög effekt men dålig livslängd. Har på många håll ersatts med andra alternativ.
Litiumnickelmangankoboltoxid (NMC) är den kanske i särklass mest vanligt förekommande sammansättningen i moderna el- och hybridbilars batterier. Ger bra balans mellan energitäthet och livslängd.
Litiumnickelkoboltaluminiumoxid (NCA) är ett relativt sett dyrt alternativ men har gjort sig känt för lång livslängd och bra effekt. Leder däremot till ganska temperaturkänsliga batterier.

I takt med att tekniken fortsätter att utvecklas så blir litiumjonbatterier hela tiden mer vanliga. Många förutspår att de inom kort kommer att bli lika vanligt förekommande som traditionella fossila bränslekällor. Och de har definitivt visat sig vara tillräckligt mångfacetterade för att leva upp till de allra högsta krav och förväntningar.

Publicerades: 2 juni, 2021