Semi solid state batterier & solid state batterier

Vad skiljer solid state batterier från dagens litiumjonbatterier?

Sedan en tid tillbaka har marknaden alltmer intresserat sig för nya tekniker när det kommer till hemmabatterier. Idag är hemmabatterierna av typen LFP, litiumjon, men utvecklingen och nyfikenheten kring andra batterikemier har ökat senaste tiden, exemplen på kemi och teknik är bland annat semi solid state och solid state.

Solid state batteri använder en helt fast elektrolyt i stället för flytande elektrolyt som litiumjonbatterier använder. Detta ger mycket högre energitäthet, förbättrad säkerhet och potential för snabbare laddning och längre livslängd. Tekniken ses som ett långsiktigt genombrott för energilagring, men är ännu dyr och tekniskt utmanande att producera i stor skala. Denna teknik passar framtida användningsområden såsom elfordon och flygindustri.

Semi solid state batteri använder en gel- eller pastaliknande elektrolyt, vilket är en mellanlösning mellan traditionella litiumjonbatterier och solid state. Denna teknik erbjuder bättre säkerhet då mängden brandfarligt material är mindre än i lfp batterier, högre energitäthet och är mindre känsligt för varmt och kallt klimat än dagens litiumjonbatterier. Dessutom är de betydligt närmare kommersiell massproduktion. Denna batteriteknik passar ypperligt för hemmalagring av energi från exempelvis solel från solceller och även för elbilsindustrin.

Fördelar

• Högre teoretisk energidensitet ger fler kWh i batterimodulerna.

• Bättre säkerhet, mer stabilt och robust.

• Potentiellt längre livslängd och bättre prestanda tack vare mindre känslig mot omgivande rumstemperatur.

Nackdelar

• Dyrt.

• Svårt att masstillverka.

• Tekniken är fortfarande under utveckling.

   

Vad är ett semi solid state batteri?

Ett semi solid state-batteri är en batterityp som fungerar som en lösning mellan dagens traditionella litiumjonbatterier och framtidens fulla solid state-batterier. Batteritypen är konstruerad för att ge hög energitäthet och exceptionell laddnings- och urladdningskapacitet.

I ett vanligt litiumjonbatteri används en flytande elektrolyt som transporterar litiumjoner mellan batteriets anod och katod när batteriet laddas och urladdas. I ett fullständigt solid state-batteri har denna vätska ersatts helt av ett fast material.

Ett semi solid state-batteri ligger mitt emellan dessa två lösningar. Här används istället en gel- eller halvfast elektrolyt, som kombinerar egenskaper från både flytande och fasta material. Elektrolyten är mer stabil än en vätska, men fortfarande tillräckligt flexibel för att fungera väl i dagens batterilösningar.

Förbättrad säkerhet och bättre prestanda

Eftersom ett semi solid state-batteri liknar dagens litiumjonbatterier i uppbyggnad kan de ofta produceras med befintliga tillverkningsmetoder. Det gör dem:

• Enklare att tillverka.

• Billigare att skala upp.

• Snabbare att introducera på marknaden.

Samtidigt ger den halvfasta elektrolyten förbättrad säkerhet, lägre brandrisk genom minskad risk för överhettning, bättre prestanda utifrån omgivande temperatur och klimat samt något bättre energitäthet jämfört med traditionella litiumjonbatterier. Man säga att de är bättre anpassade för ett nordiskt klimat då de bibehåller hög kapacitet även vid temperaturer ner till -20 grader celcius.

Semi solid state batterier kan förbättra säkerhet och prestanda i elbilar och energilagring redan på kort sikt, samtidigt som industrin fortsätter utveckla fulla solid state-batterier som väntas få ännu större betydelse längre fram.

Flexibla systemlösningar från Elkedjan med semi solid state teknik

Tack vara högre energidensitet i batterimodulerna jämfört med traditionella batterier så kan man med systemlösningar från Elkedjan erhålla en flexibel konfiguration med 10,84 kWh till 37,94 kWh med 2 till 7 batterimoduler i ett "batteritorn", ett skräddarsytt system för ditt individuella energibehov.

Det modulära batterisystemet erbjuder hög flexibilitet. Tack vare den skalbara designen kan energilagringslösningen enkelt anpassas och utökas i takt med förändrade behov, vilket gör den idealisk för både bostäder och kommersiella tillämpningar.

Använder halvfasta batterier litium?

Ja de flesta batterier som använder semi solid state teknik bygger på traditionell lfp kemi där litiumjioner rör sig mellan anod (grafit) och katod (litium) men skillnaden ligger i att elektrolyten har en annan materialform och konsistens, ett halvfast material, än i traditionella lfp batterier.

Skillnaden mellan solid state- och semi solid state batterier

Solid state- och semi solid state-batterier är två närbesläktade batteritekniker som båda syftar till att förbättra säkerhet och prestanda jämfört med dagens litiumjonbatterier. Den avgörande skillnaden mellan dem ligger i elektrolytens form.

I ett solid state-batteri är elektrolyten helt fast. Det innebär att den brandfarliga vätska som används i traditionella litiumjonbatterier har ersatts av ett fast material, till exempel en keramisk eller fast polymer. Detta ger mycket hög säkerhet, låg brandrisk och potential för hög energitäthet. Samtidigt är tekniken tekniskt komplex och svår att tillverka i stor skala, vilket gör att den ännu inte är fullt kommersiellt etablerad.

Ett semi solid state-batteri använder i stället en halvfast elektrolyt, ofta i form av en gel eller polymer som innehåller både fasta och flytande komponenter. Det gör batteriet till en hybridlösning mellan dagens litiumjonbatterier och fulla solid state batterier. Semi solid state batterier erbjuder förbättrad säkerhet och stabilitet jämfört med traditionella litiumjonbatterier, men når inte riktigt samma prestandanivå som hel-solid state.

En viktig fördel med semi solid state är att tekniken ofta kan tillverkas med befintliga produktionsmetoder, vilket gör den enklare att skala upp och snabbare att ta ut på marknaden. Solid state-batterier har däremot större långsiktig potential, men kräver mer utveckling innan de kan produceras i stora volymer.

​

Sammanfattning av solid state

Solid state-batterier använder en helt fast elektrolyt, vilket ger mycket hög säkerhet och stor prestandapotential. Samtidigt är tekniken fortfarande tekniskt krävande att tillverka och ännu relativt dyr.

Sammanfattning av semi solid state

Semi solid state-batterier använder en halvfast elektrolyt, vilket gör dem enklare och billigare att producera än fulla solid state-batterier. De erbjuder dessutom bättre prestanda än traditionella LFP-batterier.

Varför ses solid state-batterier som "bättre"?

Solid state batterier betraktas ofta som bättre än dagens litiumjonbatterier eftersom de kan lösa flera av de största utmaningarna inom batteriteknik: energidensitet, säkerhet och livslängd.

Genom att ersätta den flytande elektrolyten med ett fast material kan solid state-batterier lagra mer energi i samma volym och vikt. För elbilar innebär detta längre räckvidd eller lättare batteripaket, medan stationär energilagring, till exempel i fastigheter och villor, kan bli mer kompakt och platsbesparande.

Avsaknaden av brandfarlig vätska ger också avsevärt högre säkerhet. Risken för läckage, brand och termisk rusning minskar kraftigt, vilket är viktigt både i fordon och i batterisystem som installeras nära människor.

Den fasta elektrolyten är dessutom mer kemiskt stabil, vilket kan ge längre livslängd och fler laddcykler. Det förbättrar den totala ekonomin över tid, särskilt i tillämpningar där batteriet används dagligen.

Sammanfattningsvis ses solid state batterier som bättre än traditionella batterier eftersom de kombinerar högre energiinnehåll, snabbare laddning, ökad säkerhet och längre livslängd, och därmed har potential att spela en nyckelroll i framtidens elbilar och energilagring.

Är det värt att vänta på solid state innan jag investerar?

Solid state batterier blir ett framtida plus snarare än ett krav för att göra en bra investering idag. Solid state batterier är superspännande och kan bli ett stort steg framåt för energilager och elbilar men de är fortfarande under utveckling och blir sannolikt tillgängliga först runt 2030 eller senare och då till ett betydligt högre pris.

Så om du funderar på att köpa ett batteri idag är det bättre att välja något som redan finns tillgängligt på marknaden, exempelvis ett semi solid state.

Utmaningar innan solid state teknik är mogen

Trots sina stora fördelar återstår flera betydande utmaningar innan solid state-batterier kan användas brett i kommersiella produkter. Den största utmaningen är den komplexa och kostsamma produktionen. Att tillverka batterier med helt fasta elektrolyter kräver nya material, nya processer och mycket hög precision, vilket i dag gör produktionen betydligt dyrare än för traditionella litiumjonbatterier.

En annan viktig utmaning är hållbarheten i verkliga miljöer. Solid state-batterier måste fungera tillförlitligt under varierande temperaturer, vibrationer och mekanisk belastning – exempelvis i fordon eller i fast installerade energilager. Fasta elektrolyter kan vara känsliga för sprickbildning och kontaktproblem mellan material, vilket kan påverka både prestanda och livslängd.

Även skalbarheten är en central fråga. Att gå från laboratorieprototyper till massproduktion i stora volymer är tekniskt krävande och tidsödande. Produktionslinjer måste byggas om eller utvecklas helt från grunden, vilket bromsar ett snabbt marknadsgenombrott.

För elektriker, installatörer och slutkunder innebär detta att solid state-tekniken sannolikt inte möts i lös form, utan först när den är fullt färdigutvecklad och integrerad i kommersiella produkter som elbilar eller kompletta batterisystem. När tekniken väl når marknaden förväntas den därför upplevas som ett naturligt nästa steg, snarare än som en teknik som kräver nya arbetsmetoder i vardagen.