Elbilbatterier
Du kan på denne side finde informationer om hvad et elbilbatteri er, hvordan de genanvendes og hvilke genanvendelseskrav der er samt elbilbatteriers effektivitet.
Hvad vil du vide noget om?
-
Hvad er et elbilbatteri?
Elbilbatterier hører under betegnelsen lithium-ion batterier også kaldet li-ion, som har den kemiske formel lithium-nikkel-mangan-kobolt-oxid (LiNiMnCoO2). I dag er li-ion-batteriet det mest anvendte batteri og er velkendt fra elektronik- og elbilbranchen[1]. Årsagen til populariteten ligger i de mange fordele og egenskaber som li-ion-batterierne besidder. En af de største fordele ved li-ion-batterierne er den høje energitæthed, som andre genopladelige batterityper ikke besidder [2]. En højere energidensitet betyder at der er mere energi pr. volumen i batteriet, altså vil batteriet optage mindre plads end andre batterityper med samme energiindhold.
Dog er der ved denne type batterier en problematik med nogle af råstofferne, som indgår i batteriet, da både lithium og kobolt, optræder på EU’s liste over kritiske råstoffer [3]. Litium optræder på listen da EU pt. Er afhængig af at få ressourcen forarbejdet fra lande ude fra EU. Dog forventer EU at 80 procent af den europæiske efterspørgsel i 2025 kan dækkes af EU-lande. Kobolt optræder på listen, da EU har en importafhængighed på 86 procent fra lande der ikke er en del af EU. Batteriteknologien er dog en af de mest forskede områder, og der forskes blandt andet i batterityper, som ikke indeholder lithium og kobolt herunder batterityperne Na-ion-batterier, lithium-jernfosfat og lithium-nikkel-mangan oxid. Der kører allerede i dag elbiler med batterier som ikke indeholder kobolt, herunder nogle af Teslas batteripakker [4]. Vil du vide mere om tilgængeligheden af ressourcerne, kan du læse om det på vores myteside.
-
Hvordan er et elbilbatteri opbygget?
Som det kan ses på nedenstående illustration, består et elbilbatteri af hundredvis af celler, som udgør moduler, som endeligt udgør den samlede batteripakke.
Cellerne, hvor de kemiske processer, som skaber elektricitet, finder sted i, består hovedsageligt af fire komponenter; katoden, anoden, separatoren og et elektrisk kredsløb.
-
Hvordan fungerer et elbilbatteri?
Batterier fungerer ved at konvertere kemisk energi til elektricitet. Ved et afladt batteri som oplades, er processen som følgende:
Lithium-ionerne ved katoden (til højre på figuren) tilføres strøm, hvilket medfører, at kobolten oxiderer. Dette medfører at der frigives en elektron til anoden (til venstre på figuren), hvilket skaber ubalance, da anoden nu har en ekstra elektron. Lithium-ionerne vil derfor vandre fra katoden, igennem separatoren, til anoden.
Ved afladning af batteriet, er det den modsatte proces som finder sted, og der dannes dermed elektricitet, som får elbilen til at køre [5].
Figur 2: Illustration af et li-ion batteri
(Madian et al. 2018: 3).
-
Kilder:
2) Brain 2021
4) Nielsen 2022
5) Madian 2018
-
Hvordan produceres elbilbatterier?
Følgende tekst er blevet udarbejdet med venlig sparring og hjælp fra det svenske miljøinstitut IVL.
Produktionen, og dermed udledningen, af elbilbatterier opdeles i tre faser:
1) Minedrift og raffinaderi,
2) Produktion af batterimaterialer og
3) Produktion af celler og batteripakker
Du kan på følgende figur se, hvilke produktionstrin, der indgår i de forskellige faser:
De tre faser kan yderligere opdeles i to faser: produktionsfasen og fremstillingsfasen. Produktionsfasen udgør 65,6 procent af batteriets udledninger, og fremstillingsfasen udgør de resterende 34,4 procent.
-
Minedrift og raffinering
I denne del af processen udvindes og raffineres de råstoffer som indgår i batteriet.
-
Produktion af batterimaterialer
I denne proces produceres der det pulver, som katoden indeholder, hvilket kaldes for NMC-pulver. Pulveret består af litium, mangan og koboltoxid. Processen udgøres af to processer; co-udfældning og kalsinering. I co-udfældningsprocessen, produceres der et forprodukt til katodepulveret, ved at opvarme damp til 200 grader celsius.
I kalsineringsprocessen færdigbehandles forproduktet til det endelige katodepulver, ved at opvarme forproduktet i en ovn. Ovnen skal være over 1000 grader celsius, og køre over 12 timer.
-
Produktion af celler samt batteripakker
I denne fase indgår en lang række processer, som sammenlagt er ansvarlig for 34,4 procent af batteriets udledninger. På nedenstående figur kan du se hvor stor en procentdel af fremstillingsfasens udledninger de forskellige processer er ansvarlige for:
Som det kan ses på ovenstående figur, er tørring og rumtørringsprocesserne de mest udledende processer i denne del af produktionsfasen. De to processer udgør sammenlagt 82 procent af denne fases udledninger, hvilket svarer til 28,2 procent af batteriets samlede udledninger.
I disse to faser udtørres et opløsningsmiddel, hvis formål er at fordele katodepulveret jævnt i katoden og anoden, inden batteriet kan tages i brug. Tørringen af dette opløsningsmiddel er ekstremt energikrævende, da den væske (methylpyrrolidon (NMP)) der som oftest anvendes, er brandfarlig. På grund af brandfaren kræver processen meget opvarmet luft til at udtørre opløsningsmidlet.
-
Kilder:
-
Krav til genanvendelse af elbilbatterier
I juni 2023 indtrådte EU’s forordning for batterier, herunder også elbilbatterier, som stiller krav til blandt andet genanvendelsen af elbilbatterier. Forordningen er en opdatering af det daværende Batteridirektiv fra 2006.
Udover ændringen fra direktiv til forordning, sættes der i forordningen blandt andet fokus på en højere genanvendelse af batterierne, bedre arbejdsvilkår til dem som indgår i produktionsprocessen og at en del af batteriet skal bestå af genanvendt materiale.
Nedenstående punkter udgør en række krav som indgår i den nye Batteriforordning:
Batterier skal udstyres med et elektronisk batteripas, som indeholder en rækker informationer, herunder batteriets oprindelse, hvordan batterierne kan demonteres og genanvendes på sikker vis.
Minimum 50 procent af batteriets vægt skal genanvendes. Dette stiger i 2027 til 65 procent og til 70 procent fra 2030.
Øget genanvendelse af kritiske råstoffer som litium, kobolt, kobber, nikkel og bly, som har hver deres genanvendelsesprocent.
Krav om at slutbrugeren kan afmontere batterierne med standard værktøj.
Ønsker du at læse mere om de krav, som Batteriforordning stiller, kan du læse mere her.
-
Hvordan genanvendes elbilbatterier?
Følgende tekst er blevet udarbejdet med venlig sparring og hjælp fra Stena Recycling.
Genanvendelsesprocessen af batterierne kan være farlig, da batterierne kan eksplodere, forurene og udlede giftgasser, hvorfor afledningen af batterierne inden processen påbegyndes, er yderst vigtig. Efter batteriet er afladt skal det adskilles, knuses, scannes, vaskes og varmebehandles. Dernæst kan batterierne gennemgå én af to processer for at udvinde de råstoffer som batteriet indeholder; pyromettalurgi eller hydromettalurgi.
Ved pyrromettalurgi opvarmes battericellerne i en ovn på maksimalt 300 grader celsius, for at sikre, at elektrolytten (væsken i seperatoren) fordamper uden at eksplodere. Dernæst skal batteriet gennemgå en pyrolyseproces, hvor der er temperaturer på over 700 grader celsius. I denne proces adskilles plastikrester fra resten af batteriet. Resterne smeltes herefter i legeringer af kobber, kobolt, jern, litium, nikkel, aluminium, silicium og calcium.
Pyrromettalurgi er udviklet til at få en høj genanvendelsesprocent af kobber, kobolt, nikkel og jern. Ønskes der derimod en høj udvinding af litium, skal man anvende hydromettalurgi.
Ved hydromettalurgi anvendes der kemisk udvaskning. Til denne proces anvendes typisk saltsyre, svovlsyre, salpetersyre og fosforsyre. Dog kan der også anvendes biologisk udvaskning, hvor der anvendes citronsyre, oxalsyre og vinsyre.
Hydromettalurgi er som nævnt udviklet til at få en høj udvinding af litium, og der kan ved denne proces udvindes 98 procent af det oprindelige litiumindhold og 99 procent af kobolten [1].
-
Dybdegående rapport om potentiale for udtjente batterier for elektriske køretøjer
I 2024 har vores partner Region H udarbejdet en rapport, som har til formål er at give et indblik i de muligheder, der er for at genbruge og genanvende udtjente batterier fra elektriske køretøjer, og give et overblik over hvilke aktører, der besidder forskellige ansvar ifm. håndteringen af disse batterier. Klik her for at læse rapporten.
-
Kilder:
1) Zhou 2020