- Polysulfid-shuttle og katodeforringelse (Svovlproblemer): I lithium-svovl og andre svovlkatodebatterier har det berygtede polysulfid-shuttle-problem været en showstopper. Når batteriet cykler, gennemgår svovl mellemliggende stadier, der kan opløses i elektrolytten og vandre til anoden, hvilket forårsager selvafladning, tab af aktivt materiale og endda skadelige reaktioner med anoden anl.gov. Dette fører til hurtig kapacitetsfald. Desuden har svovlkatoder en tendens til at svulme op og trække sig sammen betydeligt (op til ~80% volumenændring), når de omdannes til lithiumsulfid og tilbage igen reuters.com. Denne “vejrtrækning” kan med tiden pulverisere katoden eller få den til at løsne sig fra strømsamlerne. Selvom nye strategier (som at tilføje beskyttende mellemlag anl.gov, bruge nanostrukturerede karbonværter eller solide elektrolytter) har afhjulpet disse problemer, er det stadig en stor udfordring at sikre, at et svovlbatteri kan holde til hundreder af cyklusser under virkelige forhold.
- Dendritter og belægningsproblemer (Metalanoder): Aluminium-metalanoder, ligesom andre metalanoder, kan danne dendritter (tynde, ledende filamenter) under genopladning, hvilket risikerer at kortslutte cellen. Faktisk var en væsentlig grund til, at aluminiumbatterier længe mislykkedes, at ingen kunne få belægning/afstripning af aluminium til at gentage sig pålideligt – det dannede ofte et “mosset” depositum eller blev deaktiveret ved at danne en overfladeoxid. De ioniske væsker og smeltede saltelektrolytter har gjort meget for at “tæmme” dette problem (med et hold, der rapporterede, at deres smeltede salt-Al-batteri “aldrig mistede celler på grund af dendritkortslutning” i hurtigopladningstest news.mit.edu). Men hvis en mere konventionel elektrolyt blev brugt, kunne dendritter eller sidereaktioner med aluminiums oxidbelægning være problematiske. Tilsvarende, hvis lithium-metal bruges som anode i svovlbatterier (almindeligt i Li-S-designs), opstår lithiumdendritter og sikkerhedsproblemer, især hvis der bruges flydende elektrolytter. Forskere kombinerer ofte Li-S med beskyttende membraner eller solid-state-designs for at forhindre lithiumdendritter.
- Lav driftspænding og energieffektivitet (aluminium-ion): Aluminium-ion-batterier, især dem der bruger interkalation (f.eks. grafitkatoder), har typisk en lavere celles spænding end Li-ion. Stanfords berømte aluminium-ion-celle producerede omkring 2,0 volt news.stanford.edu, mens en lithium-ion-celle er ~3,7 V nominelt. Dette skyldes delvist kemien i Al³⁺-interkalation og begrænsninger i elektrolytten. Lavere spænding betyder, at du skal bruge flere celler i serie (hvilket tilføjer kompleksitet og noget energitab) for at opnå den ønskede batteripakkespænding. Der er også problemet med multivalente ioner som Al³⁺, der har træge kinetikker i faste stoffer – det er sværere at flytte en +3 ladet ion end en +1 ion som Li⁺, så det kan være svært at opnå høj effekt, medmindre temperaturen hæves eller der bruges specielle elektrolytter nature.com. Nogle Al-batterier fungerer kun godt ved forhøjede temperaturer (60–100 °C), hvilket kan komplicere deres brug i forbrugerelektronik (ingen ønsker et konstant varmt batteri i deres telefon!). Den gode nyhed: innovationer i elektrolytter (som at tilsætte bestemte salte eller bruge nye blandinger) forbedrer aluminium-ion-ledningsevnen ved lavere temperaturer nature.com.
- Temperaturkrav: Som nævnt bruger flere aluminium- og natriumbaserede designs smeltelektrolytter, der skal holdes varme. For eksempel kører MITs aluminium-svovl-batteri optimalt ved omkring 110 °C news.mit.edu, og selv den forbedrede variant kører ved 85 °C nature.com. Selvom dette ikke er brandvarmt efter industrielle standarder, betyder det, at en batteripakke ville have brug for isolering og måske en lille varmelegeme for at holde sig inden for det rette område. Dette er fint til stationær lagring (hvor et køleskabsstort batteri kan have termisk styring), men er en udfordring for bærbare applikationer og elbiler, medmindre varmen kan være selvopretholdende (Sadoways celle selvopvarmes faktisk under cykling for at opretholde temperaturen news.mit.edu). Drift ved høj temperatur kræver også robust forsegling og sikkerhedsovervejelser (dog er fordelen, at der ikke er nogen brandrisiko). Forskere arbejder på at sænke driftstemperaturerne og udforsker endda rumtemperatur-kemier for både Al- og Na-baserede systemer nature.com.
- Opladningsinfrastruktur og “opfyldning” (Al-Air): Noget unikt ved aluminium-luft (og lignende metal-luft-systemer) er, at de ikke kan genoplades ved at sætte dem i en oplader. Du skal udskifte eller genanvende aluminium-anoden, når den er opbrugt. Dette kræver opbygning af en hel infrastruktur til at udskifte aluminiumsplader eller -patroner, indsamle de brugte og genanvende aluminium (sandsynligvis gennem en smelteproces drevet af elektricitet, hvilket i praksis “genoplader” aluminiummet). Indian Oil og Phinergy arbejder aktivt på dette økosystem evreporter.com, men det er et andet paradigme end tankstationer eller ladestationer. Uden bred opbakning kan aluminium-luft forblive en niche. Derudover skal biproduktet fra aluminium-luft (aluminiumhydroxid) håndteres – selvom det kan genanvendes til nyt aluminium eller andre produkter.
- Opskalering af produktion og integration: Lithium-ion-teknologi har et forspring på 30 år med massiv produktionsskala, optimerede forsyningskæder og en veluddannet arbejdsstyrke. Enhver ny batterikemi står over for udfordringen med at gå fra laboratorie- eller pilotskala til gigafabriks-skala. Aluminium- og svovlbatterier kan kræve nye produktionsprocesser (for eksempel håndtering af fugtfølsomme ioniske væsker eller solide elektrolytter, eller nye celledesigns som Theions stablede elektroder). Opskalering uden fejl og til lave omkostninger er ikke trivielt. Der er også spørgsmålet om integration – kan disse nye batterier indsættes i eksisterende enheder eller køretøjer, eller kræver de nye designs? Forskellige spændingsprofiler, formfaktorer eller driftsbetingelser kan betyde, at alt fra batteristyringssystemer til chassisdesign i biler skal ombygges. Disse overgangsomkostninger og usikkerheder kan forsinke udbredelsen.
- Nuværende status (teknologisk parathed): Selvom 2024 og 2025 har budt på store gennembrud (som vi fremhæver næste gang), er mange aluminium- og svovlbatteriteknologier stadig på prototype- eller tidligt kommercielt stadie. Ingen har endnu set den form for masseudrulning, som lithium-ion nyder godt af. For eksempel er lithium-svovlceller først nu ved at komme ind på begrænsede markeder som droner og satellitter, hvor deres korte levetid kan tolereres eller afbødes. Aluminium-svovl og aluminium-ion er i demonstrations- og opskaleringsfasen; ingen elbil eller elnet har endnu en stor enhed i fuld drift. Det betyder, at der stadig er risiko for uforudsete problemer i brug i den virkelige verden (tænk på hvordan Li-ion oplevede hændelser med termisk runaway i starten). Det vil tage tid, investeringer og sandsynligvis flere iterationer, før disse teknologier er lige så pålidelige som de nuværende. Som en skeptisk bemærkning: lithium-ion bliver også bedre hvert år – med nye kemier som lithium-jern-fosfat (LFP) og lithium-metal faststof på vej – så aluminium- og svovlbatterier skal ikke blot fungere, men også konkurrere mod en forbedrende markedsleder.
Sammenfattende har aluminium- og svovlbatterier et enormt potentiale, men de præsenterer også unikke udfordringer. Forskere er åbne om, at der er behov for mere arbejde; som et hold skrev i 2022, på trods af fremskridt, har “Al–S-batterier historisk set haft dårlig ydeevne ved høje strømstyrker og ringe cyklusstabilitet”, hvilket kræver fortsat innovation inden for elektrolytter og elektroder nature.com. At overvinde disse udfordringer er netop det, mange laboratorier og startups fokuserer på lige nu.
Hvem leder an? De vigtigste aktører i udviklingen
Dette spændende felt har en blanding af akademiske laboratorier, startups og industrigiganter, der skubber grænserne. Her er nogle af de mest bemærkelsesværdige aktører og hvad de arbejder på:
- Massachusetts Institute of Technology (MIT) & Avanti: MIT har været et centrum for innovativ batteriforskning. Professor Donald Sadoways gruppe på MIT stod i spidsen for aluminium-svovl-batterikonceptet. Efter at have offentliggjort de banebrydende resultater i Nature i 2022, var Sadoway med til at grundlægge Avanti for at kommercialisere teknologien news.mit.edu. Avantis mål er at opskalere produktionen af aluminium-svovl-celler til stationær lagring og mere. Sadoway er også kendt for at have været med til at grundlægge Ambri, et firma der kommercialiserer flydende metalbatterier (med andre kemier som calcium og antimon). Ambri sigter mod lagring i stor skala til elnettet og blev rapporteret at skulle implementere systemer i 2024 youtube.com. Mellem Ambri og Avanti kan Sadoways innovationer dække alt fra store forsyningsbatterier til mindre batterier til bygninger eller ladestationer til elbiler news.mit.edu. MIT’s indflydelse stopper ikke der – deres forskere undersøger også lithium-svovl i projekter, og instituttet samarbejder ofte med nationale laboratorier og virksomheder om banebrydende batteriteknologi.
- Stanford University & SLAC: Stanford vakte tidligt opsigt inden for aluminium-ion-batterier (prototypen for hurtigopladende Al-ion fra 2015 news.stanford.edu). Dette arbejde, ledet af Prof. Hongjie Dai, viste, at en simpel grafit-katode kunne muliggøre et genopladeligt aluminiumbatteri. Stanford fortsætter med at forske i batterier; for eksempel har SLAC (Stanford Linear Accelerator Lab) undersøgt nye katoder til aluminiumbatterier såsom metalsulfider nature.com, og undersøgt grænsefladekemi for at forbedre cyklussen. Selvom Stanfords opdagelse fra 2015 endnu ikke er blevet til et kommercielt produkt, demonstrerede den muligheden og er blevet citeret af mange efterfølgende studier. Den understregede også Stanfords filosofi om åben forskning, der fører til industriel anvendelse (nogle Stanford-batterialumner er gået til startups eller har dannet deres egne i Bay Areas batteristartup-miljø).
- Graphene Manufacturing Group (GMG) & University of Queensland: I Australien har GMG (i samarbejde med University of Queensland) udviklet et Graphene Aluminum-Ion Battery. De har rapporteret imponerende resultater i møntcelleprototyper – med ekstremt hurtig opladning og lang cykluslevetid – ved at bruge grafen (en form for kulstof) som katodemateriale i en aluminium-ion-konfiguration batteriesnews.com. GMG har haft som mål at opskalere deres teknologi til poseceller, der er egnede til forbrugerelektronik eller elbiler, og i slutningen af 2022 havde de et udviklingsprogram og en pilotproduktionslinje undervejs graphenemg.com. Deres tilgang understreger synergien mellem nano-materialer (grafen) og nye kemier som aluminium-ion for at opnå bedre resultater.
- Phinergy og Indian Oil (IOC): Phinergy er en israelsk startup, der har været pioner inden for aluminium-luft-batterier i over et årti. De blev berømte for at have drevet en demobil med aluminium-luft i 1.100 miles i 2014, og har siden fokuseret på reelle produkter til backup-strøm og rækkeviddeforlængelse til elbiler. Phinergy indgik partnerskab med Indian Oil Corporation for at danne et joint venture (IOC Phinergy), der bringer aluminium-luft-teknologi til det indiske marked – potentielt enormt for et land, der er ivrigt efter at finde alternativer til olie og udnytte sin aluminiumindustri. I begyndelsen af 2023 fremviste IOC Phinergy Indiens første aluminium-luft-drevne køretøj og var i gang med at etablere infrastruktur til pladeproduktion og genanvendelse alcircle.com. Den indiske regering har også vist interesse, da aluminium-luft kan reducere afhængigheden af importeret lithium. Phinergys teknologi er allerede kommercielt anvendt til backup af telemastetårne (hvor dieselgeneratorer erstattes af emissionsfri aluminium-luft-systemer) evreporter.com, og de arbejder sammen med bilproducenter som Mahindra om integration i køretøjer (f.eks. testflåder af elektriske rickshaws og busser, der bruger aluminium-luft for øget rækkevidde) evreporter.com. Phinergys fremskridt er afgørende, fordi det er en af de første, der har taget et aluminium-baseret batteri ud af laboratoriet og ind i praktiske feltanvendelser.
- Lyten: Lyten er en Silicon Valley-startup (baseret i San Jose, Californien), som har været i stealth-mode i flere år for at udvikle et lithium-svovl-batteri forbedret med et proprietært 3D grafenmateriale. De er for nylig trådt frem med store nyheder: I oktober 2024 annoncerede Lyten planer om at bygge verdens første lithium-svovl-batteri-gigafabrik i Nevada med en investering på over 1 milliard dollars lyten.coml. Anlægget forventes at producere 10 GWh Li-S-batterier årligt inden 2027 lyten.com. Dette dristige skridt indikerer tillid til, at deres teknologi er tæt på at være klar til masseproduktion. Lytens første målmarkeder er ikke personbiler, men mikromobilitet, rumfart, droner og forsvar i 2024–2025 lyten.com – områder hvor den høje energitæthed i Li-S giver en afgørende fordel, og hvor en lidt lavere cykluslevetid kan være acceptabel. Virksomheden fremhæver batteriernes lave vægt og mangel på konfliktmineraler, og faktisk bruger deres celler lithium-metalanoder og svovl-kulstof-kompositkatoder, hvilket undgår nikkel, kobolt osv. lyten.com. Lytens CEO, Dan Cook, sagde “Lithium-sulfur is a leap in battery technology, delivering a high energy density, light weight battery built with abundantly available local materials” lyten.com. De har endda fremstillet pilotbattericeller internt siden 2023 for at teste og forfine produktionsprocessen lyten.com. Hvis Lytens gigafabrik lykkes, kan det blive en game-changer – de første kommercielle Li-S-batterier produceret i stor skala, potentielt til brug i næste generations elektriske fly eller langtrækkende elektriske lastbiler, hvor hver eneste pund tæller. Theion: Theion er en startup baseret i Berlin, Tyskland, der fokuserer på lithium-svovl-batterier med et twist – de bruger krystallinsk svovl og specielle elektroder for at forbedre stabiliteten. I marts 2025 rejste Theion 15 millioner euro i en Series A-investeringsrunde for at opskalere deres battericeller reuters.com. Theion hævder, at deres celler kan tredoble energitætheden i forhold til lithium-ion, samtidig med at omkostningerne reduceres til en tredjedel, som nævnt tidligere reuters.com. De har angiveligt løst nøgleproblemer ved at forud-udvide katoden for at imødekomme svovlets udvidelse og ved at holde svovlet i en krystallinsk form, der er mindre reaktiv med elektrolytter reuters.com. CEO Ulrich Ehmes har udtalt, at deres teknologi kan finde anvendelse i el-biler, “flyvende taxaer” eller energilagring, og potentielt være i biler i slutningen af 2020’erne reuters.com. Theions tilgang har vakt opmærksomhed, fordi den ikke er afhængig af eksotiske materialer – de fremhæver, at deres batterier “ånder” mindre og ikke korroderer som tidligere Li-S. Investeringen vil hjælpe dem med at udvikle større pouch-celler og komme videre fra møntcelle-prototyper reuters.com. Tysklands interesse for svovlbatterier stemmer også overens med Europas bestræbelser på at have hjemmeavlede, bæredygtige batteriteknologier.
- Argonne National Laboratory & U.S. DOE: Inden for offentlig forskning har Argonne (sammen med andre laboratorier under det amerikanske energiministerium som Oak Ridge og Pacific Northwest) været aktivt involveret i forskning i svovlbatterier. Vi diskuterede Argonnes gennembrud inden for interlayer-design til Li-S-celler anl.gov. De undersøger også solid-state svovlbatterier i partnerskab med NASA til luftfart. DOE’s Vehicle Technologies Office har finansieret flere projekter om Li-S, Mg-S og endda Li-Air og Al-Air, idet de anerkender den strategiske betydning af næste generations kemier. Nationale laboratorier samarbejder ofte med universiteter (f.eks. arbejdede Argonne sammen med et team, der inkluderede University of Illinois om svovl-interlayers) og deler resultater, som startups kan bygge videre på. For eksempel stammer meget af forståelsen af polysulfid-adfærd og avanceret karakterisering (ved brug af værktøjer som Argonnes Advanced Photon Source til røntgenanalyse af batterier anl.gov) fra disse laboratorier.
- Andre bemærkelsesværdige: Universiteter som Monash University (Australien) skabte overskrifter i 2020 med et Li-S-batteri, der angiveligt kunne drive en smartphone i fem dage og viste fremragende stabilitet via en ny binder- og elektrodedesign advancedsciencenews.com. Monash har siden arbejdet på hurtigopladelige Li-S-batterier med henblik på elektrisk luftfart monash.edu. I Storbritannien var det nu lukkede Oxis Energy en pioner inden for Li-S; før lukningen i 2021 havde Oxis udviklet Li-S-celler tæt på 400 Wh/kg og samarbejdede med flyproducenter. Dets IP blev overtaget af andre aktører, hvilket muligvis informerer nye projekter. Kinesisk akademia og industri er ekstremt aktive – institutioner som det Kinesiske Videnskabsakademi, Wuhan University of Technology (som var medforfatter på Sadoways Al-S-artikel news.mit.edu), og virksomheder som CATL udforsker svovl- og aluminiumkemi, selvom detaljerne nogle gange holdes hemmelige. Selv Teslas Battery Day i 2020 antydede interesse for svovl (Elon Musk jokede om, at Tesla forskede i “lithium og svovl” uden at uddybe, muligvis til langsigtede projekter). Endelig kigger NASA og Boeing på Li-S til fly: NASAs SABERS-projekt har et flerlaget svovlbatteri, der nåede 500 Wh/kg, hvilket kan muliggøre elektriske fly eller avancerede droner businessaviation.aero.
Det er tydeligt, at et globalt økosystem af innovatører driver aluminium- og svovlbatterier fremad – fra små startups til hæderkronede nationale laboratorier. De næste par år (2025–2030) vil sandsynligvis se nogle af disse indsatser bære frugt i form af rigtige produkter og pilotprojekter.
Gennembrud og nylige innovationer (2024–2025)
Perioden 2024 til 2025 har været særligt spændende for udviklingen af aluminium- og svovlbatterier, med flere bemærkelsesværdige gennembrud:
- Jan 2024 – Aluminium-svovl ved 85 °C (Nature Communications): Forskere demonstrerede et nyt aluminium–svovl-batteri, der fungerer ved 85 °C med en kvaternær smeltet salt-elektrolyt, offentliggjort i Nature Communications nature.com. Dette batteri viste hurtig opladningsevne og overraskende lang levetid: det bevarede 85,4 % af sin kapacitet efter 1.400 cyklusser ved 1C opladningshastighed nature.com. Vigtigt er det, at 85 °C er en stor forbedring i forhold til tidligere smeltet-salt-batterier, der krævede 110–180 °C nature.com. Holdet opnåede dette ved at formulere en særlig blanding af salte (alkali-chloroaluminater) med et lavt smeltepunkt, hvilket også lettede hurtig aluminium-ion-bevægelse nature.com. De brugte også en nitrogendopet porøs kulkatode, der hjalp svovlreaktionerne med at forløbe hurtigt nature.com. Dette resultat er betydningsfuldt, fordi det peger mod praktiske, lavpris netbatterier, der kunne fungere med simpel opvarmning (selv blot varmt vand som varmekilde, som forfatterne bemærker nature.com) og levere hurtig opladning uden nedbrydning. Det er et skridt mod at gøre MIT Al-S batterikonceptet mere brugervenligt og mobilt.
- Okt 2024 – Lyten annoncerer Li-S Gigafactory: Lyten’s annoncering af en lithium-svovl batteri-gigafabrik i Nevada var en stor brancheoverskrift i slutningen af 2024 lyten.com. Den er planlagt til at blive den første i verden gigafabrik dedikeret til Li-S celler, med et mål om 10 GWh/år produktion i 2027 lyten.com. Endnu mere bemærkelsesværdigt var, at Lyten udtalte, at deres Li-S batterier allerede er på vej ind på udvalgte markeder i 2024 og 2025 – specifikt har de kunder inden for mikromobilitet (elcykler, løbehjul), rumfart (måske satellitter eller højhøjde-droner), droner og forsvarsapplikationer, der bruger deres batterier lyten.com. Dette antyder, at Lyten er gået fra laboratorieprototyper til pilotproduktion og faktisk brug i felten inden for disse nicher. Beslutningen om at bygge en stor fabrik indikerer tillid til at kunne skalere teknologien og at efterspørgslen vil materialisere sig. Det er også et stort signal til batteriindustrien og investorer om, at lithium-svovl nærmer sig klarhed til bred anvendelse. Vi kan snart se produkter, der reklamerer med “Li-S batteri indeni”, i det mindste i high-end eller specialiserede applikationer, som følge af dette.
- Mar 2025 – Theion rejser kapital, hævder 3× energi: I marts 2025 rapporterede Reuters, at Theion havde rejst 15 mio. euro for at skalere deres svovlbatteri, som “lagrer mere energi, men koster meget mindre end konventionelle lithium-ion-batterier.” reuters.com Theion afslørede noget af deres tekniske strategi offentligt og sagde, at deres celler har tre gange så høj energitæthed som Li-ion, til en tredjedel af prisen og en tredjedel af CO₂-udledningen, som nævnt tidligere reuters.com. De adresserede de store bekymringer ved at sige, at de undgår hurtig korrosion ved at bruge krystallinsk svovl og håndterer udvidelse ved at forud-udvide katodestrukturen reuters.com. Kapitalen vil hjælpe dem med at gå fra møntceller til større pouch-celler (egnet til elbiler eller fly) reuters.com. Denne udvikling minder om, at ikke kun én, men flere startups (Lyten, Theion, andre) når milepæle og tiltrækker investeringer, hvilket øger sandsynligheden for, at mindst én vil få kommerciel succes. Det minder lidt om de tidlige dage med lithium-ion, hvor flere virksomheder og lande deltog i kapløbet – her har vi amerikanske og europæiske aktører, der satser på svovlbatterier samtidig.
- 2023 – 2024 – Løsning af svovlcyklusens livspuslespil: Gennem 2023 og ind i 2024 offentliggjorde flere forskergrupper fremskridt i at forlænge levetiden for svovlbatterier. Et højdepunkt var det Argonne-ledede studie (offentliggjort august 2022 i Nature Communications), der demonstrerede, at et redox-aktivt mellemlag dramatisk kan forbedre Li-S-batteriets stabilitet anl.gov. I begyndelsen af 2023 rapporterede de, at denne tilgang giver celler, der bevarer høj kapacitet over hundredvis af cyklusser anl.gov, og bringer Li-S tættere på at være levedygtig til daglig brug. I midten af 2024 rapporterede et andet team om et foldbart, fleksibelt Li-S-batteri med en særlig jernsulfid-katode, der endda kunne modstå at blive skåret uden at fejle acs.org – en ny løsning til bærbar eller fleksibel elektronik med Li-S. Disse trinvise innovationer er vigtige: de adresserer de praktiske problemer (som polysulfid-håndtering, mekaniske belastninger osv.) ét ad gangen. Hver forbedring bringer Li-S-celler tættere på at opfylde de strenge krav fra kommerciel elektronik og køretøjer.
- 2024 – Forskning og udvikling i aluminiumbatterier tager fart: På aluminiumsfronten så man også interessant forskning i slutningen af 2024. Forskere undersøgte nye katodematerialer til aluminium-ion-batterier, såsom koboltsulfid, for at opnå højere kapacitet og bedre forståelse af oplagringsmekanismer for ladning nature.com. Der er en voksende mængde arbejde med “multivalente” batterier (inklusive Al, Mg, Zn), som ofte deler udfordringer og gennembrud – for eksempel kan forbedrede elektrolytter, der hjælper ét system, nogle gange anvendes på et andet advanced.onlinelibrary.wiley.com. Vi ser også lande som Indien investere i aluminiumbatteriteknologi, ikke kun via Phinergys aluminium-luft, men også i akademisk forskning for at skabe et genopladeligt aluminiumbatteri egnet til indiske forhold (med regeringen, der finansierer projekter under sin nationale energilagringsmission). Selvom disse endnu ikke har skabt globale overskrifter, bidrager de til en fremdrift, der opbygges omkring aluminiumbatterier verden over.
- Politiske og Markedssignaler: Gennembrudshistorierne handler ikke kun om teknik. I 2024–2025 ser vi stærke markedssignaler, der understøtter disse nye batterier. Den amerikanske regerings Inflation Reduction Act (IRA) og andre politikker fremmer indenlandske batteriforsyningskæder – hvilket gavner kemier, der kan produceres med lokalt fremskaffede materialer som svovl (USA producerer meget svovl fra olieraffinering) og aluminium. Lytens gigafabrik i Nevada og det amerikanske forsvarsministeriums interesse for letvægts Li-S batterier til soldater eller satellitter er resultater af disse incitamenter lyten.com. I Europa gør fokus på bæredygtighed et kobolt- og nikkelfrit batteri meget attraktivt, derfor EU-finansiering til projekter som Theion og andre. Selv i Kina, hvor lithium-ion produktion dominerer, har der været statsstøttede programmer for “næste generations” batterier (for eksempel arbejder CATL angiveligt på et natrium-ion + svovl hybridbatteri til lancering omkring 2023/24 til stationær lagring). Alle disse tendenser indikerer, at tiden er moden for aluminium- og svovlbatterier – verden leder efter løsninger, og teknologien er ved at indhente disse behov.
Essensen er, at de sidste to år har forvandlet aluminium- og svovlbatterier fra en niche-labkuriositet til seriøse kandidater til fremtidens energilagring. Som en forsker rammende sagde, “Vi er et skridt tættere på at se denne teknologi i vores hverdag.” anl.gov Den trin-for-trin fremgang er præcis det, der sker nu, og det næste skridt vil være bredere kommercialisering og opskalering af disse innovationer.
Potentielle Anvendelser og Indvirkning på Ren Energi og Elbiler
Fremkomsten af aluminium- og svovlbatterier kan påvirke en bred vifte af sektorer. Her er nogle af de mest lovende anvendelser og deres implikationer:
- 🏠 Vedvarende energilagring (net og hjem): Måske den største kortsigtede effekt vil være inden for stationær energilagring til ren energi. En af de store udfordringer ved vedvarende energi (sol, vind) er intermittens – solen og vinden er ikke tilgængelige døgnet rundt, så vi har brug for enorme, økonomiske batterier til at lagre energi, når de ikke producerer. Lithium-ion-batterier er begyndt at blive brugt til netlagring, men de er stadig relativt dyre og afhængige af importerede materialer. Aluminium-svovl- og natrium-svovl-batterier, med deres meget billige komponenter, kunne drastisk reducere omkostningerne ved at lagre en kilowatt-time. MIT’s Sadoway har specifikt rettet sig mod hjemme- og nabolagsskalaen med sit Al-S-batteri – “den størrelse, der er nødvendig for at forsyne et enkelt hjem eller en lille til mellemstor virksomhed” (i størrelsesordenen titals kWh) news.mit.edu. Sådanne batterier ville gøre det muligt for husejere med solceller på taget at lagre energi fra dagtimerne til brug om natten billigt, eller for små virksomheder at have backup-strøm uden en dieselgenerator. I større skala kunne forsyningsselskaber installere enorme banker af aluminium- eller natrium-svovl-batterier for at udjævne produktionen fra vedvarende energi. Universitetet i Sydneys team bemærkede, at deres billige Na-S-batteri kunne “betydeligt reducere omkostningerne ved overgangen til en afkarboniseret økonomi” ved at levere overkommelig lagring sydney.edu.au. I områder uden geografi til pumpet vandkraftlagring er disse elektrokemiske løsninger nøglen. Derudover, da disse nye batterier er ikke-brændbare (vigtigt for samfundets sikkerhed) og bruger rigelige materialer, kan de produceres og installeres lokalt i mange regioner – hvilket øger energisikkerheden. Overordnet set vil udbredt anvendelse af stationære aluminium/svovl-batterier muliggøre højere andel af vedvarende energi, reducere spild (spildt sol/vind på grund af manglende lagring) og hjælpe med at stabilisere elnettet med ren, fleksibel strøm.
- 🚗 Elektriske køretøjer (EV’er): Lettere og mere energieffektive batterier er den hellige gral for EV’er og endda elektrisk luftfart. Lithium-svovl-batterier er særligt attraktive her. Et Li-S-batteri kunne dramatisk forlænge rækkevidden for en EV uden at tilføje vægt – eller omvendt muliggøre samme rækkevidde med et meget lettere batteri, hvilket forbedrer effektiviteten. For eksempel, hvis en EV i dag har brug for et 600 kg Li-ion-batteri for 300 miles rækkevidde, kunne et Li-S-batteri med dobbelt energitæthed opnå det med ~300 kg, hvilket markant reducerer køretøjets vægt. Dette forbedrer acceleration, håndtering og reducerer energiforbruget pr. mile. Det kunne også gøre elektriske lastbiler og busser mere levedygtige ved at frigøre nyttelast. Virksomheder som Oxis Energy (før de lukkede) og Sion Power arbejdede sammen med luftfarts- og bilpartnere om Li-S prototypebatterier til langdistancefly og EV’er. Faktisk drev Sion Powers tidligere Li-S-celler en High Altitude Pseudo-Satellite (et ubemandet solfly) til at slå varighedsrekorder for flyvning i 2010’erne. For nylig har NASA og Airbus set på Li-S som en af de eneste måder at opnå de nødvendige 500 Wh/kg til praktiske elektriske passagerfly businessaviation.aero – deres SABERS-projekts succes antyder regionale elektriske fly på vej, der bruger svovlbatterier. Elektriske flyvende taxaer og droner ville ligeledes have fordel; Theion nævnte eksplicit flyvende køretøjer som et mål reuters.com. Ud over Li-S har selv aluminium-luft-batterier en rolle i EV’er: de kunne fungere som et rækkeviddeforlænger-modul, som du aktiverer til lange ture. Forestil dig en EV med et lille Li-ion-batteri til daglig pendling og et aluminium-luft “hjælpebatteri”, som du kun fylder op (udskifter aluminium) når du tager på en 1.000 km lang biltur. Sådanne hybride batteriarkitekturer overvejes i projekter af Indian Oil/Phinergy og andre. Vi skal bemærke, at almindelige EV’er ikke skifter til en helt ny kemi fra den ene dag til den anden – sikkerhed, levetid og lynopladning skal bevises – men i slutningen af 2020’erne er det sandsynligt, at high-end modeller eller specialkøretøjer kan komme med næste generations batterier. Hvis de gør, kan det løfte EV-ydeevnen til nye højder (500+ miles rækkevidde, meget hurtig opladning, lettere biler) og reducere afhængigheden af kritiske mineraler, hvilket muliggør EV-udbredelse i større skala uden ressourceflaskehalse.
- 📱 Bærbar elektronik og wearables: Din fremtidige smartphone eller bærbare computer kunne også få glæde af svovl- eller aluminiumbatterier, selvom disse anvendelser kræver lang cykluslevetid og lav selvafladning (områder hvor Li-ion i øjeblikket udmærker sig). Et lithium-svovl-batteri kunne få din telefon til at holde i flere dage mellem opladninger – husk Monash Universitys koncept om en telefon, der holder 5 dage på et Li-S batteri advancedsciencenews.com. Vægtreduktionen er mindre kritisk for en telefon, men energitætheden er vigtig. En udfordring her er, at forbrugerelektronik forventer hundredvis af cyklusser og flere års levetid; Li-S skal forfines yderligere for at opfylde dette. Alligevel kan vi måske se niche-gadgets eller wearables tage dem i brug, hvis de giver fordele i formfaktor. Aluminiumbatterier, især de fleksible designs som Stanfords, kunne muliggøre foldbare eller rullbare gadgets. For eksempel kunne et aluminium-ion-batteri, der er fleksibelt, integreres i remmen på et smartwatch eller i smart tøj. Da Al-ion også kan gøres meget sikkert (ingen brandrisiko), kunne de bygges ind i enheder uden store beskyttende kabinetter, måske endda muliggøre mere kreativ industriel design. Dette er spekulativt, men efterhånden som produktionen forbedres, kunne forbrugerelektronik blive et vigtigt marked (det var det trods alt for lithium-ions indledende vækst i 1990’erne).
- ⚡ Lynopladningsinfrastruktur: En mindre åbenlys, men vigtig anvendelse er at bruge disse nye batterier til at muliggøre lynopladning af elbiler og stabilisere elnettet. Som professor Sadoway påpegede, hvis mange elbiler forsøger at lade op på én gang (som flere biler ved en rasteplads), stiger strømforbruget til et niveau, elnettet ikke let kan levere news.mit.edu. I stedet for at opgradere elnettet er det smartere at installere en batteribuffer ved ladestationerne – batteriet oplades langsomt fra nettet og kan derefter hurtigt afgive strøm til bilerne, når det er nødvendigt. For sådanne bufferbatterier er pris og sikkerhed altafgørende, og vægten er mindre vigtig. Det gør aluminium-svovl eller natrium-svovl til ideelle kandidater. De står på stedet, lagrer energi billigt, kan ikke brænde, og kan afgive strøm hurtigt. Sadoway nævnte specifikt, at Al-S systemer kunne “eliminere behovet for at installere dyre nye elledninger” til klynger af lynladere news.mit.edu. Grundlæggende kan disse batterier fungere som støddæmpere for elnettet, opsuge overskudsenergi og frigive den efter behov, uanset om det er til elbilopladningstoppe eller for at balancere udsving i vedvarende energiproduktion.
- 🏭 Industriel og kommerciel backup: Ligesom telekomtårne bruger aluminium-luft til backup-strøm, kunne andre industrier og kommercielle faciliteter bruge aluminium- eller svovlbatterier for at sikre pålidelighed og reducere afhængigheden af dieselgeneratorer. Datacentre, for eksempel, efterspørger batterier, der er sikre, har lang standby-levetid og er omkostningseffektive i stor skala – man kan forestille sig natrium-svovl-batterirum, der erstatter de lithium-ion- eller blysyrebatteribanker, der i øjeblikket bruges til UPS (uafbrudt strømforsyning). På fjerntliggende eller off-grid steder er billige batterier, der ikke kræver hyppig udskiftning, ekstremt værdifulde (færre vedligeholdelsesture). Aluminium-svovlbatterier, der forventes at være meget billige pr. kWh, kunne muliggøre mikronet i landdistrikter eller øsamfund, kombineret med sol/vind, for at levere strøm døgnet rundt uden at sprænge budgettet.
- 🚀 Rumfart og forsvar: Den høje ydeevne for disse batterier er naturligt attraktiv for rumfarts- og forsvarsapplikationer. Som nævnt har satellitter og højtflyvende droner (pseudo-satellitter) med succes brugt Li-S på grund af dens lave vægt og gode ydeevne ved lave temperaturer (rumbatterier kører ofte koldt). Det amerikanske militær er interesseret i lettere batterier til soldater (for at reducere byrden ved at bære mange kilo Li-ion-batterier) – et svovlbatteri kunne dramatisk lette den byrde. Derudover, da svovlbatterier ikke har iltfrigivende forbindelser (i modsætning til Li-ion, som kan frigive O₂ ved termisk runaway), kan de være sikrere i lukkede miljøer som ubåde eller rumfartøjer. Aluminium-luft kunne fungere som en undervandsstrømkilde til langvarige ubemandede ubåde, hvor genopfyldning med aluminium er mulig. Forsvarssektoren fungerer ofte som tidlig adopter af banebrydende teknologi, der senere breder sig, så deres investering i aluminium- og svovlbatteriteknologi kan fremskynde udviklingen. Faktisk antyder Lytens indledende engagementer i 2024–25 med rum-, drone- og forsvarsmarkederne, at forsvarskontrakter er med til at bevise teknologien lyten.com før bredere forbrugerbrug.
I alle disse anvendelser er den overordnede effekt at muliggøre den grønne omstilling hurtigere og mere effektivt. Ved at sænke batteriomkostningerne og frigøre os fra lithium-ions forsyningskæde, kunne aluminium- og svovlbatterier gøre elbiler mere overkommelige for flere mennesker (kritisk for at afkarbonisere transport), gøre vedvarende energi mere pålidelig og udbredt (kritisk for at afkarbonisere elproduktion), og endda skabe nye muligheder som elektrisk flyvning. De har også miljømæssige fordele i brug: f.eks. ved at erstatte diesel-backupgeneratorer med aluminium-luft- eller natrium-svovlbatterier reduceres lokal luftforurening og CO₂-udledning. Hvis teknologien lever op til sit løfte, kunne verden se billigere elbiler, mere robuste grønne elnet og en reduktion i minedrift af sjældne metaller – en positiv spiral for både økonomien og miljøet.
Økonomiske og miljømæssige konsekvenser
Fra et økonomisk perspektiv kan aluminium- og svovlbatterier være forstyrrende på den bedst mulige måde: ved at sænke omkostningerne ved energilagring og diversificere forsyningskæden. Et batteri udgør en betydelig del af prisen på en elbil eller et vedvarende energisystem, så billigere batterier betyder billigere produkter og hurtigere udbredelse. Analytikere har bemærket, at materialer som aluminium og svovl koster en brøkdel af lithium, nikkel eller kobolt. For eksempel anslog et estimat, at materialeomkostningerne for aluminium-svovlceller kun er ~15% af en tilsvarende lithium-ion-celle news.mit.edu. Hvis disse besparelser overføres til produktionen, kan vi se batteripriser (pr. kWh) falde langt under den nuværende lithium-ion-læringskurve. Billig lagring kan så drive økonomisk vækst ved at muliggøre nye forretningsmodeller (som flere solcelleparker, fælles lagringsprojekter osv.) og ved at reducere energiomkostningerne for forbrugerne (forestil dig at oplade dit hjemmebatteri hver eftermiddag med solenergi og aldrig betale spidsbelastningspriser til elnettet).
Der er også en geopolitisk vinkel: Lithium-ion-produktion er i dag stærkt koncentreret (med Kina som dominerende inden for celleproduktion og lande som DRC, der leverer nøglemineraler). Aluminium smeltes dog over hele verden (og genanvendelse giver også en lokal kilde), og svovl er allestedsnærværende. Mange lande, der ikke har lithiumressourcer, har stærke aluminiumindustrier (f.eks. Indien, som vi så med IOC Phinergy). Så aluminiumbaserede batterier kan gøre det muligt for flere nationer at opbygge indenlandske batteriindustrier uden at være afhængige af importeret lithium eller kobolt. Denne diversificering kan reducere globale forsyningskæderisici og gøre overgangen til elektrisk mobilitet og vedvarende energi mere robust over for mangler eller politisk ustabilitet. I Nevada er den planlagte Lyten-fabrik et eksempel – brugen af amerikansk-skaffet svovl og samling af batterier lokalt lyten.com stemmer overens med politikker om at hjemtage batteriforsyningen og skabe lokale arbejdspladser (de forventer 1.000 jobs ved fuld kapacitet på den ene fabrik lyten.com).
På miljøsiden tilbyder disse batterier flere fordele:
- Lavere CO₂-aftryk: Fremstilling af batterier er energikrævende, men svovl- og aluminiumbatterier kan fremstilles med mindre eksotisk forarbejdning. Raffinering af kobolt og nikkel er særligt CO₂-tungt. Ved at udelade disse kan producenterne sænke CO₂-udledningen pr. kWh batteri. Theion hævdede en 2/3-reduktion i CO₂-aftryk for deres svovlbatterier sammenlignet med Li-ion reuters.com. Desuden kan svovl skaffes som et affaldsprodukt (praktisk talt ingen ekstra CO₂-omkostning for at få det), og genanvendelse af aluminium bruger kun ~5% af energien i forhold til primær aluminiumproduktion – så brug af genanvendt aluminium i batterier vil markant reducere deres indlejrede energi.
- Genbrug og slutning af levetid: Aluminium er allerede et af de mest genanvendte materialer (tænk på aluminiumsdåser). Der findes en infrastruktur til at smelte skrotaluminium om og genbruge det. Hvis aluminiums-metalbatterier bliver almindelige, kan man forestille sig, at brugte aluminiumsanoder rutinemæssigt bliver indsamlet og genanvendt med høj effektivitet – en cirkulær økonomi for batterimetallet. Svovl kan i en batterisammenhæng være sværere at genanvende direkte fra celler (især hvis det er bundet i forbindelser), men da det er billigt og ikke-giftigt, er det ikke en lige så stor miljøfare, selv hvis det ender på losseplads, som f.eks. bly eller cadmium i ældre batterier. Forskere kan finde måder at genvinde svovl eller omdanne affaldssvovl fra batterier til nyttige kemikalier (svovl bruges f.eks. også i gødning). Manglen på tungmetaller i disse batterier betyder mindre giftigt elektronikaffald hvis de bortskaffes forkert, og ideelt set nemmere håndtering på genbrugsanlæg.
- Reduceret minepåvirkning: Udvindingen af lithium, kobolt og nikkel har betydelige miljømæssige og sociale konsekvenser – fra vandforbrug ved lithiumudvinding fra saltlage, til ødelæggelse af levesteder og forurening omkring nikkelminer, til børnearbejde i nogle koboltminer. Ved at reducere eller eliminere behovet for disse materialer kan aluminium- og svovlbatterier mindske disse belastninger. Aluminium er ikke uden påvirkning (bauxitudvinding og aluminiumsproduktion har deres egne problemer som rødslamaffald og højt elforbrug), men disse processer er velregulerede i mange lande, og teknologien forbedres (f.eks. inerte anoder til aluminiumsproduktion for at reducere emissioner). Og igen, genanvendelse af aluminium mindsker behovet for ny minedrift betydeligt. Svovlforbruget handler mest om at genanvende et eksisterende biprodukt – det kan faktisk løse et problem (kæmpe svovllagre) i stedet for at skabe et.
- Sikkerhed og sundhed: Batteribrande har været et problem med lithium-ion, da brændende Li-ion frigiver giftige dampe og kan forårsage brande, der er svære at slukke (som nogle elbilbrande har vist). Ikke-brændbare batterier betyder færre brandhændelser, hvilket er en sikkerhedsgevinst for samfundet. Det betyder også sikrere håndtering af batterier under transport og på skrotpladser. For eksempel udgør skrottede elbiler med Li-ion-batterier en brandrisiko, hvis de beskadiges; en elbil med et aluminium-svovl-batteri kan være meget sikrere at skille ad. Ligeledes i forbrugerenheder – færre enheder, der eksploderer eller bryder i brand (tænk på de berygtede telefonbatteribrande), er gavnligt for folkesundheden og tilliden til batteriteknologi.
- Ren backup-strøm: I områder, der i øjeblikket er afhængige af dieselgeneratorer til backup eller fjernstrøm (øer, nødhjælpscentre, telemasttårne), vil udskiftning med aluminium-luft- eller natrium-svovlbatterier eliminere forbrænding af diesel, hvilket betyder ingen drivhusgasudledning, ingen partikelforurening og ingen støj. Dette er en direkte miljø- og livskvalitetsforbedring. For eksempel vil telemasttårne, der kører på aluminium-luft i Indien, producere nul lokale emissioner, mens dieselgeneratorer bidrager til luftforurening og CO2-udledning.
Alt i alt har aluminium- og svovlbatterier potentiale til at demokratisere energilagring – gøre det så billigt og miljøvenligt, at vi kan bruge batterier overalt, hvor vi har brug for dem, for at muliggøre en ren energifremtid. De vil ikke være en universalløsning (vi vil sandsynligvis have en blanding af batteriteknologier i brug), men deres indtog på markedet kan presse priserne ned og tvinge alle batteriproducenter til at forbedre bæredygtigheden.
Selvfølgelig er økonomisk succes for disse batterier ikke garanteret; de skal bevise, at de kan produceres billigt og fungere pålideligt i stor skala. Men de seneste investeringer og prototypers succeser er meget opmuntrende. Hvis de lykkes, er udbyttet ikke kun billigere elbiler eller bedre gadgets – det er en meningsfuld reduktion af miljøbelastningen fra vores batteriforbrug og et løft til de globale afkarboniseringsindsatser.
Konklusion: En lys fremtid drevet af almindelige grundstoffer
Aluminium- og svovlbatterier, der engang blev betragtet som outsider-teknologier, er hurtigt på vej mod kommerciel virkelighed. Disse batterier eksemplificerer en overbevisende idé: brug simple, rigelige ingredienser til at løse komplekse energiproblemer. I de seneste par år har fremskridt inden for kemi og materialeforskning bragt denne idé meget tættere på realisering. Vi har nu prototype aluminium-svovl-celler, der kan lynoplades på få minutter og køre i tusindvis af cyklusser nature.com, lithium-svovlbatterier, der når energitætheder, man kun kunne drømme om for ti år siden reuters.com, og endda aluminium-luft-systemer, der er begyndt at levere ren energi i praksis evreporter.com.
Overgangen væk fra vores afhængighed af sjældne metaller og dyre importvarer og hen imod batterier lavet af “bund-udsalg”-elementer som Al og S, kan omforme batteriindustrien på samme måde, som silicium gjorde for elektronikindustrien – hvilket muliggør enorm skalering og omkostningsreduktion. Som Sadoway bemærkede, har disse nye batterier “alt det andet, du kunne drømme om, at et batteri skulle have: billige elektroder, god sikkerhed, lynhurtig opladning, fleksibilitet og lang levetid” news.stanford.edu. Der er stadig udfordringer, der skal løses, men retningen er klar.
I de kommende år kan vi forvente at høre om pilotprojekter (måske et solcelleanlæg i Californien, der bruger MIT’s aluminium-svovl-celler, eller en drone drevet af et Lyten Li-S-batteri, der sætter udholdenhedsrekorder). Når produktionen øges, bør omkostningerne falde yderligere, og eventuelle resterende tekniske udfordringer – hvad enten det er levetid eller driftstemperatur – vil sandsynligvis blive løst af den intense forskning, der i øjeblikket foregår over hele verden.
For den brede befolkning kan effekten mærkes på subtile, men vigtige måder: en elbil, der er billigere og kører længere, en smartphone, der holder strøm hele weekenden, et nabolag, der holder lyset tændt med et batteri, når et stormvejr slår elnettet ud – velvidende at alt dette sker med materialer, der er lige så almindelige som aluminiumsfolie og havegødning (svovl). Verdens appetit på batterier vokser kun, og aluminium- og svovlteknologier sikrer, at vi kan dække dette behov på en bæredygtig måde.
Som en af de forskere, der er involveret i udviklingen af disse batterier, optimistisk udtalte, “Disse resultater demonstrerer … en enorm indflydelse på [batteri]udviklingen. Vi er et skridt tættere på at se denne teknologi i vores hverdag.” anl.gov Fremtiden, hvor vores liv drives af aluminium og svovl – to af Jordens mest beskedne grundstoffer – er nu tydeligt i horisonten. Revolutionen inden for energilagring er i gang, og den bygges på fundamentet af almindelig kemi, innovativ ingeniørkunst og det presserende behov for en renere, billigere energifremtid.
Kilder: Oplysningerne og citaterne i denne rapport er hentet fra nylige troværdige kilder, herunder fagfællebedømte studier, universitets-pressemeddelelser, industrinyheder og Reuters-rapporter. Centrale referencer inkluderer MIT News om aluminium-svovl-batteriet news.mit.edu, Argonne National Labs gennembrud inden for lithium-svovl anl.gov, Reuters’ dækning af Theion og Lytens udvikling reuters.com, lyten.com, og interviews med brancheledere (f.eks. Phinergys CEO om aluminium-lufts fordele evreporter.com). Disse og andre henvisninger gennem teksten giver detaljeret dokumentation for de fremsatte påstande.
- Polysulfid-shuttle og katodeforringelse (Svovlproblemer): I lithium-svovl og andre svovlkatodebatterier har det berygtede polysulfid-shuttle-problem været en showstopper. Når batteriet cykler, gennemgår svovl mellemliggende stadier, der kan opløses i elektrolytten og vandre til anoden, hvilket forårsager selvafladning, tab af aktivt materiale og endda skadelige reaktioner med anoden anl.gov. Dette fører til hurtig kapacitetsfald. Desuden har svovlkatoder en tendens til at svulme op og trække sig sammen betydeligt (op til ~80% volumenændring), når de omdannes til lithiumsulfid og tilbage igen reuters.com. Denne “vejrtrækning” kan med tiden pulverisere katoden eller få den til at løsne sig fra strømsamlerne. Selvom nye strategier (som at tilføje beskyttende mellemlag anl.gov, bruge nanostrukturerede karbonværter eller solide elektrolytter) har afhjulpet disse problemer, er det stadig en stor udfordring at sikre, at et svovlbatteri kan holde til hundreder af cyklusser under virkelige forhold.
- Dendritter og belægningsproblemer (Metalanoder): Aluminium-metalanoder, ligesom andre metalanoder, kan danne dendritter (tynde, ledende filamenter) under genopladning, hvilket risikerer at kortslutte cellen. Faktisk var en væsentlig grund til, at aluminiumbatterier længe mislykkedes, at ingen kunne få belægning/afstripning af aluminium til at gentage sig pålideligt – det dannede ofte et “mosset” depositum eller blev deaktiveret ved at danne en overfladeoxid. De ioniske væsker og smeltede saltelektrolytter har gjort meget for at “tæmme” dette problem (med et hold, der rapporterede, at deres smeltede salt-Al-batteri “aldrig mistede celler på grund af dendritkortslutning” i hurtigopladningstest news.mit.edu). Men hvis en mere konventionel elektrolyt blev brugt, kunne dendritter eller sidereaktioner med aluminiums oxidbelægning være problematiske. Tilsvarende, hvis lithium-metal bruges som anode i svovlbatterier (almindeligt i Li-S-designs), opstår lithiumdendritter og sikkerhedsproblemer, især hvis der bruges flydende elektrolytter. Forskere kombinerer ofte Li-S med beskyttende membraner eller solid-state-designs for at forhindre lithiumdendritter.
- Lav driftspænding og energieffektivitet (aluminium-ion): Aluminium-ion-batterier, især dem der bruger interkalation (f.eks. grafitkatoder), har typisk en lavere celles spænding end Li-ion. Stanfords berømte aluminium-ion-celle producerede omkring 2,0 volt news.stanford.edu, mens en lithium-ion-celle er ~3,7 V nominelt. Dette skyldes delvist kemien i Al³⁺-interkalation og begrænsninger i elektrolytten. Lavere spænding betyder, at du skal bruge flere celler i serie (hvilket tilføjer kompleksitet og noget energitab) for at opnå den ønskede batteripakkespænding. Der er også problemet med multivalente ioner som Al³⁺, der har træge kinetikker i faste stoffer – det er sværere at flytte en +3 ladet ion end en +1 ion som Li⁺, så det kan være svært at opnå høj effekt, medmindre temperaturen hæves eller der bruges specielle elektrolytter nature.com. Nogle Al-batterier fungerer kun godt ved forhøjede temperaturer (60–100 °C), hvilket kan komplicere deres brug i forbrugerelektronik (ingen ønsker et konstant varmt batteri i deres telefon!). Den gode nyhed: innovationer i elektrolytter (som at tilsætte bestemte salte eller bruge nye blandinger) forbedrer aluminium-ion-ledningsevnen ved lavere temperaturer nature.com.
- Temperaturkrav: Som nævnt bruger flere aluminium- og natriumbaserede designs smeltelektrolytter, der skal holdes varme. For eksempel kører MITs aluminium-svovl-batteri optimalt ved omkring 110 °C news.mit.edu, og selv den forbedrede variant kører ved 85 °C nature.com. Selvom dette ikke er brandvarmt efter industrielle standarder, betyder det, at en batteripakke ville have brug for isolering og måske en lille varmelegeme for at holde sig inden for det rette område. Dette er fint til stationær lagring (hvor et køleskabsstort batteri kan have termisk styring), men er en udfordring for bærbare applikationer og elbiler, medmindre varmen kan være selvopretholdende (Sadoways celle selvopvarmes faktisk under cykling for at opretholde temperaturen news.mit.edu). Drift ved høj temperatur kræver også robust forsegling og sikkerhedsovervejelser (dog er fordelen, at der ikke er nogen brandrisiko). Forskere arbejder på at sænke driftstemperaturerne og udforsker endda rumtemperatur-kemier for både Al- og Na-baserede systemer nature.com.
- Opladningsinfrastruktur og “opfyldning” (Al-Air): Noget unikt ved aluminium-luft (og lignende metal-luft-systemer) er, at de ikke kan genoplades ved at sætte dem i en oplader. Du skal udskifte eller genanvende aluminium-anoden, når den er opbrugt. Dette kræver opbygning af en hel infrastruktur til at udskifte aluminiumsplader eller -patroner, indsamle de brugte og genanvende aluminium (sandsynligvis gennem en smelteproces drevet af elektricitet, hvilket i praksis “genoplader” aluminiummet). Indian Oil og Phinergy arbejder aktivt på dette økosystem evreporter.com, men det er et andet paradigme end tankstationer eller ladestationer. Uden bred opbakning kan aluminium-luft forblive en niche. Derudover skal biproduktet fra aluminium-luft (aluminiumhydroxid) håndteres – selvom det kan genanvendes til nyt aluminium eller andre produkter.
- Opskalering af produktion og integration: Lithium-ion-teknologi har et forspring på 30 år med massiv produktionsskala, optimerede forsyningskæder og en veluddannet arbejdsstyrke. Enhver ny batterikemi står over for udfordringen med at gå fra laboratorie- eller pilotskala til gigafabriks-skala. Aluminium- og svovlbatterier kan kræve nye produktionsprocesser (for eksempel håndtering af fugtfølsomme ioniske væsker eller solide elektrolytter, eller nye celledesigns som Theions stablede elektroder). Opskalering uden fejl og til lave omkostninger er ikke trivielt. Der er også spørgsmålet om integration – kan disse nye batterier indsættes i eksisterende enheder eller køretøjer, eller kræver de nye designs? Forskellige spændingsprofiler, formfaktorer eller driftsbetingelser kan betyde, at alt fra batteristyringssystemer til chassisdesign i biler skal ombygges. Disse overgangsomkostninger og usikkerheder kan forsinke udbredelsen.
- Nuværende status (teknologisk parathed): Selvom 2024 og 2025 har budt på store gennembrud (som vi fremhæver næste gang), er mange aluminium- og svovlbatteriteknologier stadig på prototype- eller tidligt kommercielt stadie. Ingen har endnu set den form for masseudrulning, som lithium-ion nyder godt af. For eksempel er lithium-svovlceller først nu ved at komme ind på begrænsede markeder som droner og satellitter, hvor deres korte levetid kan tolereres eller afbødes. Aluminium-svovl og aluminium-ion er i demonstrations- og opskaleringsfasen; ingen elbil eller elnet har endnu en stor enhed i fuld drift. Det betyder, at der stadig er risiko for uforudsete problemer i brug i den virkelige verden (tænk på hvordan Li-ion oplevede hændelser med termisk runaway i starten). Det vil tage tid, investeringer og sandsynligvis flere iterationer, før disse teknologier er lige så pålidelige som de nuværende. Som en skeptisk bemærkning: lithium-ion bliver også bedre hvert år – med nye kemier som lithium-jern-fosfat (LFP) og lithium-metal faststof på vej – så aluminium- og svovlbatterier skal ikke blot fungere, men også konkurrere mod en forbedrende markedsleder.
Sammenfattende har aluminium- og svovlbatterier et enormt potentiale, men de præsenterer også unikke udfordringer. Forskere er åbne om, at der er behov for mere arbejde; som et hold skrev i 2022, på trods af fremskridt, har “Al–S-batterier historisk set haft dårlig ydeevne ved høje strømstyrker og ringe cyklusstabilitet”, hvilket kræver fortsat innovation inden for elektrolytter og elektroder nature.com. At overvinde disse udfordringer er netop det, mange laboratorier og startups fokuserer på lige nu.
Hvem leder an? De vigtigste aktører i udviklingen
Dette spændende felt har en blanding af akademiske laboratorier, startups og industrigiganter, der skubber grænserne. Her er nogle af de mest bemærkelsesværdige aktører og hvad de arbejder på:
- Massachusetts Institute of Technology (MIT) & Avanti: MIT har været et centrum for innovativ batteriforskning. Professor Donald Sadoways gruppe på MIT stod i spidsen for aluminium-svovl-batterikonceptet. Efter at have offentliggjort de banebrydende resultater i Nature i 2022, var Sadoway med til at grundlægge Avanti for at kommercialisere teknologien news.mit.edu. Avantis mål er at opskalere produktionen af aluminium-svovl-celler til stationær lagring og mere. Sadoway er også kendt for at have været med til at grundlægge Ambri, et firma der kommercialiserer flydende metalbatterier (med andre kemier som calcium og antimon). Ambri sigter mod lagring i stor skala til elnettet og blev rapporteret at skulle implementere systemer i 2024 youtube.com. Mellem Ambri og Avanti kan Sadoways innovationer dække alt fra store forsyningsbatterier til mindre batterier til bygninger eller ladestationer til elbiler news.mit.edu. MIT’s indflydelse stopper ikke der – deres forskere undersøger også lithium-svovl i projekter, og instituttet samarbejder ofte med nationale laboratorier og virksomheder om banebrydende batteriteknologi.
- Stanford University & SLAC: Stanford vakte tidligt opsigt inden for aluminium-ion-batterier (prototypen for hurtigopladende Al-ion fra 2015 news.stanford.edu). Dette arbejde, ledet af Prof. Hongjie Dai, viste, at en simpel grafit-katode kunne muliggøre et genopladeligt aluminiumbatteri. Stanford fortsætter med at forske i batterier; for eksempel har SLAC (Stanford Linear Accelerator Lab) undersøgt nye katoder til aluminiumbatterier såsom metalsulfider nature.com, og undersøgt grænsefladekemi for at forbedre cyklussen. Selvom Stanfords opdagelse fra 2015 endnu ikke er blevet til et kommercielt produkt, demonstrerede den muligheden og er blevet citeret af mange efterfølgende studier. Den understregede også Stanfords filosofi om åben forskning, der fører til industriel anvendelse (nogle Stanford-batterialumner er gået til startups eller har dannet deres egne i Bay Areas batteristartup-miljø).
- Graphene Manufacturing Group (GMG) & University of Queensland: I Australien har GMG (i samarbejde med University of Queensland) udviklet et Graphene Aluminum-Ion Battery. De har rapporteret imponerende resultater i møntcelleprototyper – med ekstremt hurtig opladning og lang cykluslevetid – ved at bruge grafen (en form for kulstof) som katodemateriale i en aluminium-ion-konfiguration batteriesnews.com. GMG har haft som mål at opskalere deres teknologi til poseceller, der er egnede til forbrugerelektronik eller elbiler, og i slutningen af 2022 havde de et udviklingsprogram og en pilotproduktionslinje undervejs graphenemg.com. Deres tilgang understreger synergien mellem nano-materialer (grafen) og nye kemier som aluminium-ion for at opnå bedre resultater.
- Phinergy og Indian Oil (IOC): Phinergy er en israelsk startup, der har været pioner inden for aluminium-luft-batterier i over et årti. De blev berømte for at have drevet en demobil med aluminium-luft i 1.100 miles i 2014, og har siden fokuseret på reelle produkter til backup-strøm og rækkeviddeforlængelse til elbiler. Phinergy indgik partnerskab med Indian Oil Corporation for at danne et joint venture (IOC Phinergy), der bringer aluminium-luft-teknologi til det indiske marked – potentielt enormt for et land, der er ivrigt efter at finde alternativer til olie og udnytte sin aluminiumindustri. I begyndelsen af 2023 fremviste IOC Phinergy Indiens første aluminium-luft-drevne køretøj og var i gang med at etablere infrastruktur til pladeproduktion og genanvendelse alcircle.com. Den indiske regering har også vist interesse, da aluminium-luft kan reducere afhængigheden af importeret lithium. Phinergys teknologi er allerede kommercielt anvendt til backup af telemastetårne (hvor dieselgeneratorer erstattes af emissionsfri aluminium-luft-systemer) evreporter.com, og de arbejder sammen med bilproducenter som Mahindra om integration i køretøjer (f.eks. testflåder af elektriske rickshaws og busser, der bruger aluminium-luft for øget rækkevidde) evreporter.com. Phinergys fremskridt er afgørende, fordi det er en af de første, der har taget et aluminium-baseret batteri ud af laboratoriet og ind i praktiske feltanvendelser.
- Lyten: Lyten er en Silicon Valley-startup (baseret i San Jose, Californien), som har været i stealth-mode i flere år for at udvikle et lithium-svovl-batteri forbedret med et proprietært 3D grafenmateriale. De er for nylig trådt frem med store nyheder: I oktober 2024 annoncerede Lyten planer om at bygge verdens første lithium-svovl-batteri-gigafabrik i Nevada med en investering på over 1 milliard dollars lyten.coml. Anlægget forventes at producere 10 GWh Li-S-batterier årligt inden 2027 lyten.com. Dette dristige skridt indikerer tillid til, at deres teknologi er tæt på at være klar til masseproduktion. Lytens første målmarkeder er ikke personbiler, men mikromobilitet, rumfart, droner og forsvar i 2024–2025 lyten.com – områder hvor den høje energitæthed i Li-S giver en afgørende fordel, og hvor en lidt lavere cykluslevetid kan være acceptabel. Virksomheden fremhæver batteriernes lave vægt og mangel på konfliktmineraler, og faktisk bruger deres celler lithium-metalanoder og svovl-kulstof-kompositkatoder, hvilket undgår nikkel, kobolt osv. lyten.com. Lytens CEO, Dan Cook, sagde “Lithium-sulfur is a leap in battery technology, delivering a high energy density, light weight battery built with abundantly available local materials” lyten.com. De har endda fremstillet pilotbattericeller internt siden 2023 for at teste og forfine produktionsprocessen lyten.com. Hvis Lytens gigafabrik lykkes, kan det blive en game-changer – de første kommercielle Li-S-batterier produceret i stor skala, potentielt til brug i næste generations elektriske fly eller langtrækkende elektriske lastbiler, hvor hver eneste pund tæller. Theion: Theion er en startup baseret i Berlin, Tyskland, der fokuserer på lithium-svovl-batterier med et twist – de bruger krystallinsk svovl og specielle elektroder for at forbedre stabiliteten. I marts 2025 rejste Theion 15 millioner euro i en Series A-investeringsrunde for at opskalere deres battericeller reuters.com. Theion hævder, at deres celler kan tredoble energitætheden i forhold til lithium-ion, samtidig med at omkostningerne reduceres til en tredjedel, som nævnt tidligere reuters.com. De har angiveligt løst nøgleproblemer ved at forud-udvide katoden for at imødekomme svovlets udvidelse og ved at holde svovlet i en krystallinsk form, der er mindre reaktiv med elektrolytter reuters.com. CEO Ulrich Ehmes har udtalt, at deres teknologi kan finde anvendelse i el-biler, “flyvende taxaer” eller energilagring, og potentielt være i biler i slutningen af 2020’erne reuters.com. Theions tilgang har vakt opmærksomhed, fordi den ikke er afhængig af eksotiske materialer – de fremhæver, at deres batterier “ånder” mindre og ikke korroderer som tidligere Li-S. Investeringen vil hjælpe dem med at udvikle større pouch-celler og komme videre fra møntcelle-prototyper reuters.com. Tysklands interesse for svovlbatterier stemmer også overens med Europas bestræbelser på at have hjemmeavlede, bæredygtige batteriteknologier.
- Argonne National Laboratory & U.S. DOE: Inden for offentlig forskning har Argonne (sammen med andre laboratorier under det amerikanske energiministerium som Oak Ridge og Pacific Northwest) været aktivt involveret i forskning i svovlbatterier. Vi diskuterede Argonnes gennembrud inden for interlayer-design til Li-S-celler anl.gov. De undersøger også solid-state svovlbatterier i partnerskab med NASA til luftfart. DOE’s Vehicle Technologies Office har finansieret flere projekter om Li-S, Mg-S og endda Li-Air og Al-Air, idet de anerkender den strategiske betydning af næste generations kemier. Nationale laboratorier samarbejder ofte med universiteter (f.eks. arbejdede Argonne sammen med et team, der inkluderede University of Illinois om svovl-interlayers) og deler resultater, som startups kan bygge videre på. For eksempel stammer meget af forståelsen af polysulfid-adfærd og avanceret karakterisering (ved brug af værktøjer som Argonnes Advanced Photon Source til røntgenanalyse af batterier anl.gov) fra disse laboratorier.
- Andre bemærkelsesværdige: Universiteter som Monash University (Australien) skabte overskrifter i 2020 med et Li-S-batteri, der angiveligt kunne drive en smartphone i fem dage og viste fremragende stabilitet via en ny binder- og elektrodedesign advancedsciencenews.com. Monash har siden arbejdet på hurtigopladelige Li-S-batterier med henblik på elektrisk luftfart monash.edu. I Storbritannien var det nu lukkede Oxis Energy en pioner inden for Li-S; før lukningen i 2021 havde Oxis udviklet Li-S-celler tæt på 400 Wh/kg og samarbejdede med flyproducenter. Dets IP blev overtaget af andre aktører, hvilket muligvis informerer nye projekter. Kinesisk akademia og industri er ekstremt aktive – institutioner som det Kinesiske Videnskabsakademi, Wuhan University of Technology (som var medforfatter på Sadoways Al-S-artikel news.mit.edu), og virksomheder som CATL udforsker svovl- og aluminiumkemi, selvom detaljerne nogle gange holdes hemmelige. Selv Teslas Battery Day i 2020 antydede interesse for svovl (Elon Musk jokede om, at Tesla forskede i “lithium og svovl” uden at uddybe, muligvis til langsigtede projekter). Endelig kigger NASA og Boeing på Li-S til fly: NASAs SABERS-projekt har et flerlaget svovlbatteri, der nåede 500 Wh/kg, hvilket kan muliggøre elektriske fly eller avancerede droner businessaviation.aero.
Det er tydeligt, at et globalt økosystem af innovatører driver aluminium- og svovlbatterier fremad – fra små startups til hæderkronede nationale laboratorier. De næste par år (2025–2030) vil sandsynligvis se nogle af disse indsatser bære frugt i form af rigtige produkter og pilotprojekter.
Gennembrud og nylige innovationer (2024–2025)
Perioden 2024 til 2025 har været særligt spændende for udviklingen af aluminium- og svovlbatterier, med flere bemærkelsesværdige gennembrud:
- Jan 2024 – Aluminium-svovl ved 85 °C (Nature Communications): Forskere demonstrerede et nyt aluminium–svovl-batteri, der fungerer ved 85 °C med en kvaternær smeltet salt-elektrolyt, offentliggjort i Nature Communications nature.com. Dette batteri viste hurtig opladningsevne og overraskende lang levetid: det bevarede 85,4 % af sin kapacitet efter 1.400 cyklusser ved 1C opladningshastighed nature.com. Vigtigt er det, at 85 °C er en stor forbedring i forhold til tidligere smeltet-salt-batterier, der krævede 110–180 °C nature.com. Holdet opnåede dette ved at formulere en særlig blanding af salte (alkali-chloroaluminater) med et lavt smeltepunkt, hvilket også lettede hurtig aluminium-ion-bevægelse nature.com. De brugte også en nitrogendopet porøs kulkatode, der hjalp svovlreaktionerne med at forløbe hurtigt nature.com. Dette resultat er betydningsfuldt, fordi det peger mod praktiske, lavpris netbatterier, der kunne fungere med simpel opvarmning (selv blot varmt vand som varmekilde, som forfatterne bemærker nature.com) og levere hurtig opladning uden nedbrydning. Det er et skridt mod at gøre MIT Al-S batterikonceptet mere brugervenligt og mobilt.
- Okt 2024 – Lyten annoncerer Li-S Gigafactory: Lyten’s annoncering af en lithium-svovl batteri-gigafabrik i Nevada var en stor brancheoverskrift i slutningen af 2024 lyten.com. Den er planlagt til at blive den første i verden gigafabrik dedikeret til Li-S celler, med et mål om 10 GWh/år produktion i 2027 lyten.com. Endnu mere bemærkelsesværdigt var, at Lyten udtalte, at deres Li-S batterier allerede er på vej ind på udvalgte markeder i 2024 og 2025 – specifikt har de kunder inden for mikromobilitet (elcykler, løbehjul), rumfart (måske satellitter eller højhøjde-droner), droner og forsvarsapplikationer, der bruger deres batterier lyten.com. Dette antyder, at Lyten er gået fra laboratorieprototyper til pilotproduktion og faktisk brug i felten inden for disse nicher. Beslutningen om at bygge en stor fabrik indikerer tillid til at kunne skalere teknologien og at efterspørgslen vil materialisere sig. Det er også et stort signal til batteriindustrien og investorer om, at lithium-svovl nærmer sig klarhed til bred anvendelse. Vi kan snart se produkter, der reklamerer med “Li-S batteri indeni”, i det mindste i high-end eller specialiserede applikationer, som følge af dette.
- Mar 2025 – Theion rejser kapital, hævder 3× energi: I marts 2025 rapporterede Reuters, at Theion havde rejst 15 mio. euro for at skalere deres svovlbatteri, som “lagrer mere energi, men koster meget mindre end konventionelle lithium-ion-batterier.” reuters.com Theion afslørede noget af deres tekniske strategi offentligt og sagde, at deres celler har tre gange så høj energitæthed som Li-ion, til en tredjedel af prisen og en tredjedel af CO₂-udledningen, som nævnt tidligere reuters.com. De adresserede de store bekymringer ved at sige, at de undgår hurtig korrosion ved at bruge krystallinsk svovl og håndterer udvidelse ved at forud-udvide katodestrukturen reuters.com. Kapitalen vil hjælpe dem med at gå fra møntceller til større pouch-celler (egnet til elbiler eller fly) reuters.com. Denne udvikling minder om, at ikke kun én, men flere startups (Lyten, Theion, andre) når milepæle og tiltrækker investeringer, hvilket øger sandsynligheden for, at mindst én vil få kommerciel succes. Det minder lidt om de tidlige dage med lithium-ion, hvor flere virksomheder og lande deltog i kapløbet – her har vi amerikanske og europæiske aktører, der satser på svovlbatterier samtidig.
- 2023 – 2024 – Løsning af svovlcyklusens livspuslespil: Gennem 2023 og ind i 2024 offentliggjorde flere forskergrupper fremskridt i at forlænge levetiden for svovlbatterier. Et højdepunkt var det Argonne-ledede studie (offentliggjort august 2022 i Nature Communications), der demonstrerede, at et redox-aktivt mellemlag dramatisk kan forbedre Li-S-batteriets stabilitet anl.gov. I begyndelsen af 2023 rapporterede de, at denne tilgang giver celler, der bevarer høj kapacitet over hundredvis af cyklusser anl.gov, og bringer Li-S tættere på at være levedygtig til daglig brug. I midten af 2024 rapporterede et andet team om et foldbart, fleksibelt Li-S-batteri med en særlig jernsulfid-katode, der endda kunne modstå at blive skåret uden at fejle acs.org – en ny løsning til bærbar eller fleksibel elektronik med Li-S. Disse trinvise innovationer er vigtige: de adresserer de praktiske problemer (som polysulfid-håndtering, mekaniske belastninger osv.) ét ad gangen. Hver forbedring bringer Li-S-celler tættere på at opfylde de strenge krav fra kommerciel elektronik og køretøjer.
- 2024 – Forskning og udvikling i aluminiumbatterier tager fart: På aluminiumsfronten så man også interessant forskning i slutningen af 2024. Forskere undersøgte nye katodematerialer til aluminium-ion-batterier, såsom koboltsulfid, for at opnå højere kapacitet og bedre forståelse af oplagringsmekanismer for ladning nature.com. Der er en voksende mængde arbejde med “multivalente” batterier (inklusive Al, Mg, Zn), som ofte deler udfordringer og gennembrud – for eksempel kan forbedrede elektrolytter, der hjælper ét system, nogle gange anvendes på et andet advanced.onlinelibrary.wiley.com. Vi ser også lande som Indien investere i aluminiumbatteriteknologi, ikke kun via Phinergys aluminium-luft, men også i akademisk forskning for at skabe et genopladeligt aluminiumbatteri egnet til indiske forhold (med regeringen, der finansierer projekter under sin nationale energilagringsmission). Selvom disse endnu ikke har skabt globale overskrifter, bidrager de til en fremdrift, der opbygges omkring aluminiumbatterier verden over.
- Politiske og Markedssignaler: Gennembrudshistorierne handler ikke kun om teknik. I 2024–2025 ser vi stærke markedssignaler, der understøtter disse nye batterier. Den amerikanske regerings Inflation Reduction Act (IRA) og andre politikker fremmer indenlandske batteriforsyningskæder – hvilket gavner kemier, der kan produceres med lokalt fremskaffede materialer som svovl (USA producerer meget svovl fra olieraffinering) og aluminium. Lytens gigafabrik i Nevada og det amerikanske forsvarsministeriums interesse for letvægts Li-S batterier til soldater eller satellitter er resultater af disse incitamenter lyten.com. I Europa gør fokus på bæredygtighed et kobolt- og nikkelfrit batteri meget attraktivt, derfor EU-finansiering til projekter som Theion og andre. Selv i Kina, hvor lithium-ion produktion dominerer, har der været statsstøttede programmer for “næste generations” batterier (for eksempel arbejder CATL angiveligt på et natrium-ion + svovl hybridbatteri til lancering omkring 2023/24 til stationær lagring). Alle disse tendenser indikerer, at tiden er moden for aluminium- og svovlbatterier – verden leder efter løsninger, og teknologien er ved at indhente disse behov.
Essensen er, at de sidste to år har forvandlet aluminium- og svovlbatterier fra en niche-labkuriositet til seriøse kandidater til fremtidens energilagring. Som en forsker rammende sagde, “Vi er et skridt tættere på at se denne teknologi i vores hverdag.” anl.gov Den trin-for-trin fremgang er præcis det, der sker nu, og det næste skridt vil være bredere kommercialisering og opskalering af disse innovationer.
Potentielle Anvendelser og Indvirkning på Ren Energi og Elbiler
Fremkomsten af aluminium- og svovlbatterier kan påvirke en bred vifte af sektorer. Her er nogle af de mest lovende anvendelser og deres implikationer:
- 🏠 Vedvarende energilagring (net og hjem): Måske den største kortsigtede effekt vil være inden for stationær energilagring til ren energi. En af de store udfordringer ved vedvarende energi (sol, vind) er intermittens – solen og vinden er ikke tilgængelige døgnet rundt, så vi har brug for enorme, økonomiske batterier til at lagre energi, når de ikke producerer. Lithium-ion-batterier er begyndt at blive brugt til netlagring, men de er stadig relativt dyre og afhængige af importerede materialer. Aluminium-svovl- og natrium-svovl-batterier, med deres meget billige komponenter, kunne drastisk reducere omkostningerne ved at lagre en kilowatt-time. MIT’s Sadoway har specifikt rettet sig mod hjemme- og nabolagsskalaen med sit Al-S-batteri – “den størrelse, der er nødvendig for at forsyne et enkelt hjem eller en lille til mellemstor virksomhed” (i størrelsesordenen titals kWh) news.mit.edu. Sådanne batterier ville gøre det muligt for husejere med solceller på taget at lagre energi fra dagtimerne til brug om natten billigt, eller for små virksomheder at have backup-strøm uden en dieselgenerator. I større skala kunne forsyningsselskaber installere enorme banker af aluminium- eller natrium-svovl-batterier for at udjævne produktionen fra vedvarende energi. Universitetet i Sydneys team bemærkede, at deres billige Na-S-batteri kunne “betydeligt reducere omkostningerne ved overgangen til en afkarboniseret økonomi” ved at levere overkommelig lagring sydney.edu.au. I områder uden geografi til pumpet vandkraftlagring er disse elektrokemiske løsninger nøglen. Derudover, da disse nye batterier er ikke-brændbare (vigtigt for samfundets sikkerhed) og bruger rigelige materialer, kan de produceres og installeres lokalt i mange regioner – hvilket øger energisikkerheden. Overordnet set vil udbredt anvendelse af stationære aluminium/svovl-batterier muliggøre højere andel af vedvarende energi, reducere spild (spildt sol/vind på grund af manglende lagring) og hjælpe med at stabilisere elnettet med ren, fleksibel strøm.
- 🚗 Elektriske køretøjer (EV’er): Lettere og mere energieffektive batterier er den hellige gral for EV’er og endda elektrisk luftfart. Lithium-svovl-batterier er særligt attraktive her. Et Li-S-batteri kunne dramatisk forlænge rækkevidden for en EV uden at tilføje vægt – eller omvendt muliggøre samme rækkevidde med et meget lettere batteri, hvilket forbedrer effektiviteten. For eksempel, hvis en EV i dag har brug for et 600 kg Li-ion-batteri for 300 miles rækkevidde, kunne et Li-S-batteri med dobbelt energitæthed opnå det med ~300 kg, hvilket markant reducerer køretøjets vægt. Dette forbedrer acceleration, håndtering og reducerer energiforbruget pr. mile. Det kunne også gøre elektriske lastbiler og busser mere levedygtige ved at frigøre nyttelast. Virksomheder som Oxis Energy (før de lukkede) og Sion Power arbejdede sammen med luftfarts- og bilpartnere om Li-S prototypebatterier til langdistancefly og EV’er. Faktisk drev Sion Powers tidligere Li-S-celler en High Altitude Pseudo-Satellite (et ubemandet solfly) til at slå varighedsrekorder for flyvning i 2010’erne. For nylig har NASA og Airbus set på Li-S som en af de eneste måder at opnå de nødvendige 500 Wh/kg til praktiske elektriske passagerfly businessaviation.aero – deres SABERS-projekts succes antyder regionale elektriske fly på vej, der bruger svovlbatterier. Elektriske flyvende taxaer og droner ville ligeledes have fordel; Theion nævnte eksplicit flyvende køretøjer som et mål reuters.com. Ud over Li-S har selv aluminium-luft-batterier en rolle i EV’er: de kunne fungere som et rækkeviddeforlænger-modul, som du aktiverer til lange ture. Forestil dig en EV med et lille Li-ion-batteri til daglig pendling og et aluminium-luft “hjælpebatteri”, som du kun fylder op (udskifter aluminium) når du tager på en 1.000 km lang biltur. Sådanne hybride batteriarkitekturer overvejes i projekter af Indian Oil/Phinergy og andre. Vi skal bemærke, at almindelige EV’er ikke skifter til en helt ny kemi fra den ene dag til den anden – sikkerhed, levetid og lynopladning skal bevises – men i slutningen af 2020’erne er det sandsynligt, at high-end modeller eller specialkøretøjer kan komme med næste generations batterier. Hvis de gør, kan det løfte EV-ydeevnen til nye højder (500+ miles rækkevidde, meget hurtig opladning, lettere biler) og reducere afhængigheden af kritiske mineraler, hvilket muliggør EV-udbredelse i større skala uden ressourceflaskehalse.
- 📱 Bærbar elektronik og wearables: Din fremtidige smartphone eller bærbare computer kunne også få glæde af svovl- eller aluminiumbatterier, selvom disse anvendelser kræver lang cykluslevetid og lav selvafladning (områder hvor Li-ion i øjeblikket udmærker sig). Et lithium-svovl-batteri kunne få din telefon til at holde i flere dage mellem opladninger – husk Monash Universitys koncept om en telefon, der holder 5 dage på et Li-S batteri advancedsciencenews.com. Vægtreduktionen er mindre kritisk for en telefon, men energitætheden er vigtig. En udfordring her er, at forbrugerelektronik forventer hundredvis af cyklusser og flere års levetid; Li-S skal forfines yderligere for at opfylde dette. Alligevel kan vi måske se niche-gadgets eller wearables tage dem i brug, hvis de giver fordele i formfaktor. Aluminiumbatterier, især de fleksible designs som Stanfords, kunne muliggøre foldbare eller rullbare gadgets. For eksempel kunne et aluminium-ion-batteri, der er fleksibelt, integreres i remmen på et smartwatch eller i smart tøj. Da Al-ion også kan gøres meget sikkert (ingen brandrisiko), kunne de bygges ind i enheder uden store beskyttende kabinetter, måske endda muliggøre mere kreativ industriel design. Dette er spekulativt, men efterhånden som produktionen forbedres, kunne forbrugerelektronik blive et vigtigt marked (det var det trods alt for lithium-ions indledende vækst i 1990’erne).
- ⚡ Lynopladningsinfrastruktur: En mindre åbenlys, men vigtig anvendelse er at bruge disse nye batterier til at muliggøre lynopladning af elbiler og stabilisere elnettet. Som professor Sadoway påpegede, hvis mange elbiler forsøger at lade op på én gang (som flere biler ved en rasteplads), stiger strømforbruget til et niveau, elnettet ikke let kan levere news.mit.edu. I stedet for at opgradere elnettet er det smartere at installere en batteribuffer ved ladestationerne – batteriet oplades langsomt fra nettet og kan derefter hurtigt afgive strøm til bilerne, når det er nødvendigt. For sådanne bufferbatterier er pris og sikkerhed altafgørende, og vægten er mindre vigtig. Det gør aluminium-svovl eller natrium-svovl til ideelle kandidater. De står på stedet, lagrer energi billigt, kan ikke brænde, og kan afgive strøm hurtigt. Sadoway nævnte specifikt, at Al-S systemer kunne “eliminere behovet for at installere dyre nye elledninger” til klynger af lynladere news.mit.edu. Grundlæggende kan disse batterier fungere som støddæmpere for elnettet, opsuge overskudsenergi og frigive den efter behov, uanset om det er til elbilopladningstoppe eller for at balancere udsving i vedvarende energiproduktion.
- 🏭 Industriel og kommerciel backup: Ligesom telekomtårne bruger aluminium-luft til backup-strøm, kunne andre industrier og kommercielle faciliteter bruge aluminium- eller svovlbatterier for at sikre pålidelighed og reducere afhængigheden af dieselgeneratorer. Datacentre, for eksempel, efterspørger batterier, der er sikre, har lang standby-levetid og er omkostningseffektive i stor skala – man kan forestille sig natrium-svovl-batterirum, der erstatter de lithium-ion- eller blysyrebatteribanker, der i øjeblikket bruges til UPS (uafbrudt strømforsyning). På fjerntliggende eller off-grid steder er billige batterier, der ikke kræver hyppig udskiftning, ekstremt værdifulde (færre vedligeholdelsesture). Aluminium-svovlbatterier, der forventes at være meget billige pr. kWh, kunne muliggøre mikronet i landdistrikter eller øsamfund, kombineret med sol/vind, for at levere strøm døgnet rundt uden at sprænge budgettet.
- 🚀 Rumfart og forsvar: Den høje ydeevne for disse batterier er naturligt attraktiv for rumfarts- og forsvarsapplikationer. Som nævnt har satellitter og højtflyvende droner (pseudo-satellitter) med succes brugt Li-S på grund af dens lave vægt og gode ydeevne ved lave temperaturer (rumbatterier kører ofte koldt). Det amerikanske militær er interesseret i lettere batterier til soldater (for at reducere byrden ved at bære mange kilo Li-ion-batterier) – et svovlbatteri kunne dramatisk lette den byrde. Derudover, da svovlbatterier ikke har iltfrigivende forbindelser (i modsætning til Li-ion, som kan frigive O₂ ved termisk runaway), kan de være sikrere i lukkede miljøer som ubåde eller rumfartøjer. Aluminium-luft kunne fungere som en undervandsstrømkilde til langvarige ubemandede ubåde, hvor genopfyldning med aluminium er mulig. Forsvarssektoren fungerer ofte som tidlig adopter af banebrydende teknologi, der senere breder sig, så deres investering i aluminium- og svovlbatteriteknologi kan fremskynde udviklingen. Faktisk antyder Lytens indledende engagementer i 2024–25 med rum-, drone- og forsvarsmarkederne, at forsvarskontrakter er med til at bevise teknologien lyten.com før bredere forbrugerbrug.
I alle disse anvendelser er den overordnede effekt at muliggøre den grønne omstilling hurtigere og mere effektivt. Ved at sænke batteriomkostningerne og frigøre os fra lithium-ions forsyningskæde, kunne aluminium- og svovlbatterier gøre elbiler mere overkommelige for flere mennesker (kritisk for at afkarbonisere transport), gøre vedvarende energi mere pålidelig og udbredt (kritisk for at afkarbonisere elproduktion), og endda skabe nye muligheder som elektrisk flyvning. De har også miljømæssige fordele i brug: f.eks. ved at erstatte diesel-backupgeneratorer med aluminium-luft- eller natrium-svovlbatterier reduceres lokal luftforurening og CO₂-udledning. Hvis teknologien lever op til sit løfte, kunne verden se billigere elbiler, mere robuste grønne elnet og en reduktion i minedrift af sjældne metaller – en positiv spiral for både økonomien og miljøet.
Økonomiske og miljømæssige konsekvenser
Fra et økonomisk perspektiv kan aluminium- og svovlbatterier være forstyrrende på den bedst mulige måde: ved at sænke omkostningerne ved energilagring og diversificere forsyningskæden. Et batteri udgør en betydelig del af prisen på en elbil eller et vedvarende energisystem, så billigere batterier betyder billigere produkter og hurtigere udbredelse. Analytikere har bemærket, at materialer som aluminium og svovl koster en brøkdel af lithium, nikkel eller kobolt. For eksempel anslog et estimat, at materialeomkostningerne for aluminium-svovlceller kun er ~15% af en tilsvarende lithium-ion-celle news.mit.edu. Hvis disse besparelser overføres til produktionen, kan vi se batteripriser (pr. kWh) falde langt under den nuværende lithium-ion-læringskurve. Billig lagring kan så drive økonomisk vækst ved at muliggøre nye forretningsmodeller (som flere solcelleparker, fælles lagringsprojekter osv.) og ved at reducere energiomkostningerne for forbrugerne (forestil dig at oplade dit hjemmebatteri hver eftermiddag med solenergi og aldrig betale spidsbelastningspriser til elnettet).
Der er også en geopolitisk vinkel: Lithium-ion-produktion er i dag stærkt koncentreret (med Kina som dominerende inden for celleproduktion og lande som DRC, der leverer nøglemineraler). Aluminium smeltes dog over hele verden (og genanvendelse giver også en lokal kilde), og svovl er allestedsnærværende. Mange lande, der ikke har lithiumressourcer, har stærke aluminiumindustrier (f.eks. Indien, som vi så med IOC Phinergy). Så aluminiumbaserede batterier kan gøre det muligt for flere nationer at opbygge indenlandske batteriindustrier uden at være afhængige af importeret lithium eller kobolt. Denne diversificering kan reducere globale forsyningskæderisici og gøre overgangen til elektrisk mobilitet og vedvarende energi mere robust over for mangler eller politisk ustabilitet. I Nevada er den planlagte Lyten-fabrik et eksempel – brugen af amerikansk-skaffet svovl og samling af batterier lokalt lyten.com stemmer overens med politikker om at hjemtage batteriforsyningen og skabe lokale arbejdspladser (de forventer 1.000 jobs ved fuld kapacitet på den ene fabrik lyten.com).
På miljøsiden tilbyder disse batterier flere fordele:
- Lavere CO₂-aftryk: Fremstilling af batterier er energikrævende, men svovl- og aluminiumbatterier kan fremstilles med mindre eksotisk forarbejdning. Raffinering af kobolt og nikkel er særligt CO₂-tungt. Ved at udelade disse kan producenterne sænke CO₂-udledningen pr. kWh batteri. Theion hævdede en 2/3-reduktion i CO₂-aftryk for deres svovlbatterier sammenlignet med Li-ion reuters.com. Desuden kan svovl skaffes som et affaldsprodukt (praktisk talt ingen ekstra CO₂-omkostning for at få det), og genanvendelse af aluminium bruger kun ~5% af energien i forhold til primær aluminiumproduktion – så brug af genanvendt aluminium i batterier vil markant reducere deres indlejrede energi.
- Genbrug og slutning af levetid: Aluminium er allerede et af de mest genanvendte materialer (tænk på aluminiumsdåser). Der findes en infrastruktur til at smelte skrotaluminium om og genbruge det. Hvis aluminiums-metalbatterier bliver almindelige, kan man forestille sig, at brugte aluminiumsanoder rutinemæssigt bliver indsamlet og genanvendt med høj effektivitet – en cirkulær økonomi for batterimetallet. Svovl kan i en batterisammenhæng være sværere at genanvende direkte fra celler (især hvis det er bundet i forbindelser), men da det er billigt og ikke-giftigt, er det ikke en lige så stor miljøfare, selv hvis det ender på losseplads, som f.eks. bly eller cadmium i ældre batterier. Forskere kan finde måder at genvinde svovl eller omdanne affaldssvovl fra batterier til nyttige kemikalier (svovl bruges f.eks. også i gødning). Manglen på tungmetaller i disse batterier betyder mindre giftigt elektronikaffald hvis de bortskaffes forkert, og ideelt set nemmere håndtering på genbrugsanlæg.
- Reduceret minepåvirkning: Udvindingen af lithium, kobolt og nikkel har betydelige miljømæssige og sociale konsekvenser – fra vandforbrug ved lithiumudvinding fra saltlage, til ødelæggelse af levesteder og forurening omkring nikkelminer, til børnearbejde i nogle koboltminer. Ved at reducere eller eliminere behovet for disse materialer kan aluminium- og svovlbatterier mindske disse belastninger. Aluminium er ikke uden påvirkning (bauxitudvinding og aluminiumsproduktion har deres egne problemer som rødslamaffald og højt elforbrug), men disse processer er velregulerede i mange lande, og teknologien forbedres (f.eks. inerte anoder til aluminiumsproduktion for at reducere emissioner). Og igen, genanvendelse af aluminium mindsker behovet for ny minedrift betydeligt. Svovlforbruget handler mest om at genanvende et eksisterende biprodukt – det kan faktisk løse et problem (kæmpe svovllagre) i stedet for at skabe et.
- Sikkerhed og sundhed: Batteribrande har været et problem med lithium-ion, da brændende Li-ion frigiver giftige dampe og kan forårsage brande, der er svære at slukke (som nogle elbilbrande har vist). Ikke-brændbare batterier betyder færre brandhændelser, hvilket er en sikkerhedsgevinst for samfundet. Det betyder også sikrere håndtering af batterier under transport og på skrotpladser. For eksempel udgør skrottede elbiler med Li-ion-batterier en brandrisiko, hvis de beskadiges; en elbil med et aluminium-svovl-batteri kan være meget sikrere at skille ad. Ligeledes i forbrugerenheder – færre enheder, der eksploderer eller bryder i brand (tænk på de berygtede telefonbatteribrande), er gavnligt for folkesundheden og tilliden til batteriteknologi.
- Ren backup-strøm: I områder, der i øjeblikket er afhængige af dieselgeneratorer til backup eller fjernstrøm (øer, nødhjælpscentre, telemasttårne), vil udskiftning med aluminium-luft- eller natrium-svovlbatterier eliminere forbrænding af diesel, hvilket betyder ingen drivhusgasudledning, ingen partikelforurening og ingen støj. Dette er en direkte miljø- og livskvalitetsforbedring. For eksempel vil telemasttårne, der kører på aluminium-luft i Indien, producere nul lokale emissioner, mens dieselgeneratorer bidrager til luftforurening og CO2-udledning.
Alt i alt har aluminium- og svovlbatterier potentiale til at demokratisere energilagring – gøre det så billigt og miljøvenligt, at vi kan bruge batterier overalt, hvor vi har brug for dem, for at muliggøre en ren energifremtid. De vil ikke være en universalløsning (vi vil sandsynligvis have en blanding af batteriteknologier i brug), men deres indtog på markedet kan presse priserne ned og tvinge alle batteriproducenter til at forbedre bæredygtigheden.
Selvfølgelig er økonomisk succes for disse batterier ikke garanteret; de skal bevise, at de kan produceres billigt og fungere pålideligt i stor skala. Men de seneste investeringer og prototypers succeser er meget opmuntrende. Hvis de lykkes, er udbyttet ikke kun billigere elbiler eller bedre gadgets – det er en meningsfuld reduktion af miljøbelastningen fra vores batteriforbrug og et løft til de globale afkarboniseringsindsatser.
Konklusion: En lys fremtid drevet af almindelige grundstoffer
Aluminium- og svovlbatterier, der engang blev betragtet som outsider-teknologier, er hurtigt på vej mod kommerciel virkelighed. Disse batterier eksemplificerer en overbevisende idé: brug simple, rigelige ingredienser til at løse komplekse energiproblemer. I de seneste par år har fremskridt inden for kemi og materialeforskning bragt denne idé meget tættere på realisering. Vi har nu prototype aluminium-svovl-celler, der kan lynoplades på få minutter og køre i tusindvis af cyklusser nature.com, lithium-svovlbatterier, der når energitætheder, man kun kunne drømme om for ti år siden reuters.com, og endda aluminium-luft-systemer, der er begyndt at levere ren energi i praksis evreporter.com.
Overgangen væk fra vores afhængighed af sjældne metaller og dyre importvarer og hen imod batterier lavet af “bund-udsalg”-elementer som Al og S, kan omforme batteriindustrien på samme måde, som silicium gjorde for elektronikindustrien – hvilket muliggør enorm skalering og omkostningsreduktion. Som Sadoway bemærkede, har disse nye batterier “alt det andet, du kunne drømme om, at et batteri skulle have: billige elektroder, god sikkerhed, lynhurtig opladning, fleksibilitet og lang levetid” news.stanford.edu. Der er stadig udfordringer, der skal løses, men retningen er klar.
I de kommende år kan vi forvente at høre om pilotprojekter (måske et solcelleanlæg i Californien, der bruger MIT’s aluminium-svovl-celler, eller en drone drevet af et Lyten Li-S-batteri, der sætter udholdenhedsrekorder). Når produktionen øges, bør omkostningerne falde yderligere, og eventuelle resterende tekniske udfordringer – hvad enten det er levetid eller driftstemperatur – vil sandsynligvis blive løst af den intense forskning, der i øjeblikket foregår over hele verden.
For den brede befolkning kan effekten mærkes på subtile, men vigtige måder: en elbil, der er billigere og kører længere, en smartphone, der holder strøm hele weekenden, et nabolag, der holder lyset tændt med et batteri, når et stormvejr slår elnettet ud – velvidende at alt dette sker med materialer, der er lige så almindelige som aluminiumsfolie og havegødning (svovl). Verdens appetit på batterier vokser kun, og aluminium- og svovlteknologier sikrer, at vi kan dække dette behov på en bæredygtig måde.
Som en af de forskere, der er involveret i udviklingen af disse batterier, optimistisk udtalte, “Disse resultater demonstrerer … en enorm indflydelse på [batteri]udviklingen. Vi er et skridt tættere på at se denne teknologi i vores hverdag.” anl.gov Fremtiden, hvor vores liv drives af aluminium og svovl – to af Jordens mest beskedne grundstoffer – er nu tydeligt i horisonten. Revolutionen inden for energilagring er i gang, og den bygges på fundamentet af almindelig kemi, innovativ ingeniørkunst og det presserende behov for en renere, billigere energifremtid.
Kilder: Oplysningerne og citaterne i denne rapport er hentet fra nylige troværdige kilder, herunder fagfællebedømte studier, universitets-pressemeddelelser, industrinyheder og Reuters-rapporter. Centrale referencer inkluderer MIT News om aluminium-svovl-batteriet news.mit.edu, Argonne National Labs gennembrud inden for lithium-svovl anl.gov, Reuters’ dækning af Theion og Lytens udvikling reuters.com, lyten.com, og interviews med brancheledere (f.eks. Phinergys CEO om aluminium-lufts fordele evreporter.com). Disse og andre henvisninger gennem teksten giver detaljeret dokumentation for de fremsatte påstande.
- Polysulfid-shuttle og katodeforringelse (Svovlproblemer): I lithium-svovl og andre svovlkatodebatterier har det berygtede polysulfid-shuttle-problem været en showstopper. Når batteriet cykler, gennemgår svovl mellemliggende stadier, der kan opløses i elektrolytten og vandre til anoden, hvilket forårsager selvafladning, tab af aktivt materiale og endda skadelige reaktioner med anoden anl.gov. Dette fører til hurtig kapacitetsfald. Desuden har svovlkatoder en tendens til at svulme op og trække sig sammen betydeligt (op til ~80% volumenændring), når de omdannes til lithiumsulfid og tilbage igen reuters.com. Denne “vejrtrækning” kan med tiden pulverisere katoden eller få den til at løsne sig fra strømsamlerne. Selvom nye strategier (som at tilføje beskyttende mellemlag anl.gov, bruge nanostrukturerede karbonværter eller solide elektrolytter) har afhjulpet disse problemer, er det stadig en stor udfordring at sikre, at et svovlbatteri kan holde til hundreder af cyklusser under virkelige forhold.
- Dendritter og belægningsproblemer (Metalanoder): Aluminium-metalanoder, ligesom andre metalanoder, kan danne dendritter (tynde, ledende filamenter) under genopladning, hvilket risikerer at kortslutte cellen. Faktisk var en væsentlig grund til, at aluminiumbatterier længe mislykkedes, at ingen kunne få belægning/afstripning af aluminium til at gentage sig pålideligt – det dannede ofte et “mosset” depositum eller blev deaktiveret ved at danne en overfladeoxid. De ioniske væsker og smeltede saltelektrolytter har gjort meget for at “tæmme” dette problem (med et hold, der rapporterede, at deres smeltede salt-Al-batteri “aldrig mistede celler på grund af dendritkortslutning” i hurtigopladningstest news.mit.edu). Men hvis en mere konventionel elektrolyt blev brugt, kunne dendritter eller sidereaktioner med aluminiums oxidbelægning være problematiske. Tilsvarende, hvis lithium-metal bruges som anode i svovlbatterier (almindeligt i Li-S-designs), opstår lithiumdendritter og sikkerhedsproblemer, især hvis der bruges flydende elektrolytter. Forskere kombinerer ofte Li-S med beskyttende membraner eller solid-state-designs for at forhindre lithiumdendritter.
- Lav driftspænding og energieffektivitet (aluminium-ion): Aluminium-ion-batterier, især dem der bruger interkalation (f.eks. grafitkatoder), har typisk en lavere celles spænding end Li-ion. Stanfords berømte aluminium-ion-celle producerede omkring 2,0 volt news.stanford.edu, mens en lithium-ion-celle er ~3,7 V nominelt. Dette skyldes delvist kemien i Al³⁺-interkalation og begrænsninger i elektrolytten. Lavere spænding betyder, at du skal bruge flere celler i serie (hvilket tilføjer kompleksitet og noget energitab) for at opnå den ønskede batteripakkespænding. Der er også problemet med multivalente ioner som Al³⁺, der har træge kinetikker i faste stoffer – det er sværere at flytte en +3 ladet ion end en +1 ion som Li⁺, så det kan være svært at opnå høj effekt, medmindre temperaturen hæves eller der bruges specielle elektrolytter nature.com. Nogle Al-batterier fungerer kun godt ved forhøjede temperaturer (60–100 °C), hvilket kan komplicere deres brug i forbrugerelektronik (ingen ønsker et konstant varmt batteri i deres telefon!). Den gode nyhed: innovationer i elektrolytter (som at tilsætte bestemte salte eller bruge nye blandinger) forbedrer aluminium-ion-ledningsevnen ved lavere temperaturer nature.com.
- Temperaturkrav: Som nævnt bruger flere aluminium- og natriumbaserede designs smeltelektrolytter, der skal holdes varme. For eksempel kører MITs aluminium-svovl-batteri optimalt ved omkring 110 °C news.mit.edu, og selv den forbedrede variant kører ved 85 °C nature.com. Selvom dette ikke er brandvarmt efter industrielle standarder, betyder det, at en batteripakke ville have brug for isolering og måske en lille varmelegeme for at holde sig inden for det rette område. Dette er fint til stationær lagring (hvor et køleskabsstort batteri kan have termisk styring), men er en udfordring for bærbare applikationer og elbiler, medmindre varmen kan være selvopretholdende (Sadoways celle selvopvarmes faktisk under cykling for at opretholde temperaturen news.mit.edu). Drift ved høj temperatur kræver også robust forsegling og sikkerhedsovervejelser (dog er fordelen, at der ikke er nogen brandrisiko). Forskere arbejder på at sænke driftstemperaturerne og udforsker endda rumtemperatur-kemier for både Al- og Na-baserede systemer nature.com.
- Opladningsinfrastruktur og “opfyldning” (Al-Air): Noget unikt ved aluminium-luft (og lignende metal-luft-systemer) er, at de ikke kan genoplades ved at sætte dem i en oplader. Du skal udskifte eller genanvende aluminium-anoden, når den er opbrugt. Dette kræver opbygning af en hel infrastruktur til at udskifte aluminiumsplader eller -patroner, indsamle de brugte og genanvende aluminium (sandsynligvis gennem en smelteproces drevet af elektricitet, hvilket i praksis “genoplader” aluminiummet). Indian Oil og Phinergy arbejder aktivt på dette økosystem evreporter.com, men det er et andet paradigme end tankstationer eller ladestationer. Uden bred opbakning kan aluminium-luft forblive en niche. Derudover skal biproduktet fra aluminium-luft (aluminiumhydroxid) håndteres – selvom det kan genanvendes til nyt aluminium eller andre produkter.
- Opskalering af produktion og integration: Lithium-ion-teknologi har et forspring på 30 år med massiv produktionsskala, optimerede forsyningskæder og en veluddannet arbejdsstyrke. Enhver ny batterikemi står over for udfordringen med at gå fra laboratorie- eller pilotskala til gigafabriks-skala. Aluminium- og svovlbatterier kan kræve nye produktionsprocesser (for eksempel håndtering af fugtfølsomme ioniske væsker eller solide elektrolytter, eller nye celledesigns som Theions stablede elektroder). Opskalering uden fejl og til lave omkostninger er ikke trivielt. Der er også spørgsmålet om integration – kan disse nye batterier indsættes i eksisterende enheder eller køretøjer, eller kræver de nye designs? Forskellige spændingsprofiler, formfaktorer eller driftsbetingelser kan betyde, at alt fra batteristyringssystemer til chassisdesign i biler skal ombygges. Disse overgangsomkostninger og usikkerheder kan forsinke udbredelsen.
- Nuværende status (teknologisk parathed): Selvom 2024 og 2025 har budt på store gennembrud (som vi fremhæver næste gang), er mange aluminium- og svovlbatteriteknologier stadig på prototype- eller tidligt kommercielt stadie. Ingen har endnu set den form for masseudrulning, som lithium-ion nyder godt af. For eksempel er lithium-svovlceller først nu ved at komme ind på begrænsede markeder som droner og satellitter, hvor deres korte levetid kan tolereres eller afbødes. Aluminium-svovl og aluminium-ion er i demonstrations- og opskaleringsfasen; ingen elbil eller elnet har endnu en stor enhed i fuld drift. Det betyder, at der stadig er risiko for uforudsete problemer i brug i den virkelige verden (tænk på hvordan Li-ion oplevede hændelser med termisk runaway i starten). Det vil tage tid, investeringer og sandsynligvis flere iterationer, før disse teknologier er lige så pålidelige som de nuværende. Som en skeptisk bemærkning: lithium-ion bliver også bedre hvert år – med nye kemier som lithium-jern-fosfat (LFP) og lithium-metal faststof på vej – så aluminium- og svovlbatterier skal ikke blot fungere, men også konkurrere mod en forbedrende markedsleder.
Sammenfattende har aluminium- og svovlbatterier et enormt potentiale, men de præsenterer også unikke udfordringer. Forskere er åbne om, at der er behov for mere arbejde; som et hold skrev i 2022, på trods af fremskridt, har “Al–S-batterier historisk set haft dårlig ydeevne ved høje strømstyrker og ringe cyklusstabilitet”, hvilket kræver fortsat innovation inden for elektrolytter og elektroder nature.com. At overvinde disse udfordringer er netop det, mange laboratorier og startups fokuserer på lige nu.
Hvem leder an? De vigtigste aktører i udviklingen
Dette spændende felt har en blanding af akademiske laboratorier, startups og industrigiganter, der skubber grænserne. Her er nogle af de mest bemærkelsesværdige aktører og hvad de arbejder på:
- Massachusetts Institute of Technology (MIT) & Avanti: MIT har været et centrum for innovativ batteriforskning. Professor Donald Sadoways gruppe på MIT stod i spidsen for aluminium-svovl-batterikonceptet. Efter at have offentliggjort de banebrydende resultater i Nature i 2022, var Sadoway med til at grundlægge Avanti for at kommercialisere teknologien news.mit.edu. Avantis mål er at opskalere produktionen af aluminium-svovl-celler til stationær lagring og mere. Sadoway er også kendt for at have været med til at grundlægge Ambri, et firma der kommercialiserer flydende metalbatterier (med andre kemier som calcium og antimon). Ambri sigter mod lagring i stor skala til elnettet og blev rapporteret at skulle implementere systemer i 2024 youtube.com. Mellem Ambri og Avanti kan Sadoways innovationer dække alt fra store forsyningsbatterier til mindre batterier til bygninger eller ladestationer til elbiler news.mit.edu. MIT’s indflydelse stopper ikke der – deres forskere undersøger også lithium-svovl i projekter, og instituttet samarbejder ofte med nationale laboratorier og virksomheder om banebrydende batteriteknologi.
- Stanford University & SLAC: Stanford vakte tidligt opsigt inden for aluminium-ion-batterier (prototypen for hurtigopladende Al-ion fra 2015 news.stanford.edu). Dette arbejde, ledet af Prof. Hongjie Dai, viste, at en simpel grafit-katode kunne muliggøre et genopladeligt aluminiumbatteri. Stanford fortsætter med at forske i batterier; for eksempel har SLAC (Stanford Linear Accelerator Lab) undersøgt nye katoder til aluminiumbatterier såsom metalsulfider nature.com, og undersøgt grænsefladekemi for at forbedre cyklussen. Selvom Stanfords opdagelse fra 2015 endnu ikke er blevet til et kommercielt produkt, demonstrerede den muligheden og er blevet citeret af mange efterfølgende studier. Den understregede også Stanfords filosofi om åben forskning, der fører til industriel anvendelse (nogle Stanford-batterialumner er gået til startups eller har dannet deres egne i Bay Areas batteristartup-miljø).
- Graphene Manufacturing Group (GMG) & University of Queensland: I Australien har GMG (i samarbejde med University of Queensland) udviklet et Graphene Aluminum-Ion Battery. De har rapporteret imponerende resultater i møntcelleprototyper – med ekstremt hurtig opladning og lang cykluslevetid – ved at bruge grafen (en form for kulstof) som katodemateriale i en aluminium-ion-konfiguration batteriesnews.com. GMG har haft som mål at opskalere deres teknologi til poseceller, der er egnede til forbrugerelektronik eller elbiler, og i slutningen af 2022 havde de et udviklingsprogram og en pilotproduktionslinje undervejs graphenemg.com. Deres tilgang understreger synergien mellem nano-materialer (grafen) og nye kemier som aluminium-ion for at opnå bedre resultater.
- Phinergy og Indian Oil (IOC): Phinergy er en israelsk startup, der har været pioner inden for aluminium-luft-batterier i over et årti. De blev berømte for at have drevet en demobil med aluminium-luft i 1.100 miles i 2014, og har siden fokuseret på reelle produkter til backup-strøm og rækkeviddeforlængelse til elbiler. Phinergy indgik partnerskab med Indian Oil Corporation for at danne et joint venture (IOC Phinergy), der bringer aluminium-luft-teknologi til det indiske marked – potentielt enormt for et land, der er ivrigt efter at finde alternativer til olie og udnytte sin aluminiumindustri. I begyndelsen af 2023 fremviste IOC Phinergy Indiens første aluminium-luft-drevne køretøj og var i gang med at etablere infrastruktur til pladeproduktion og genanvendelse alcircle.com. Den indiske regering har også vist interesse, da aluminium-luft kan reducere afhængigheden af importeret lithium. Phinergys teknologi er allerede kommercielt anvendt til backup af telemastetårne (hvor dieselgeneratorer erstattes af emissionsfri aluminium-luft-systemer) evreporter.com, og de arbejder sammen med bilproducenter som Mahindra om integration i køretøjer (f.eks. testflåder af elektriske rickshaws og busser, der bruger aluminium-luft for øget rækkevidde) evreporter.com. Phinergys fremskridt er afgørende, fordi det er en af de første, der har taget et aluminium-baseret batteri ud af laboratoriet og ind i praktiske feltanvendelser.
- Lyten: Lyten er en Silicon Valley-startup (baseret i San Jose, Californien), som har været i stealth-mode i flere år for at udvikle et lithium-svovl-batteri forbedret med et proprietært 3D grafenmateriale. De er for nylig trådt frem med store nyheder: I oktober 2024 annoncerede Lyten planer om at bygge verdens første lithium-svovl-batteri-gigafabrik i Nevada med en investering på over 1 milliard dollars lyten.coml. Anlægget forventes at producere 10 GWh Li-S-batterier årligt inden 2027 lyten.com. Dette dristige skridt indikerer tillid til, at deres teknologi er tæt på at være klar til masseproduktion. Lytens første målmarkeder er ikke personbiler, men mikromobilitet, rumfart, droner og forsvar i 2024–2025 lyten.com – områder hvor den høje energitæthed i Li-S giver en afgørende fordel, og hvor en lidt lavere cykluslevetid kan være acceptabel. Virksomheden fremhæver batteriernes lave vægt og mangel på konfliktmineraler, og faktisk bruger deres celler lithium-metalanoder og svovl-kulstof-kompositkatoder, hvilket undgår nikkel, kobolt osv. lyten.com. Lytens CEO, Dan Cook, sagde “Lithium-sulfur is a leap in battery technology, delivering a high energy density, light weight battery built with abundantly available local materials” lyten.com. De har endda fremstillet pilotbattericeller internt siden 2023 for at teste og forfine produktionsprocessen lyten.com. Hvis Lytens gigafabrik lykkes, kan det blive en game-changer – de første kommercielle Li-S-batterier produceret i stor skala, potentielt til brug i næste generations elektriske fly eller langtrækkende elektriske lastbiler, hvor hver eneste pund tæller. Theion: Theion er en startup baseret i Berlin, Tyskland, der fokuserer på lithium-svovl-batterier med et twist – de bruger krystallinsk svovl og specielle elektroder for at forbedre stabiliteten. I marts 2025 rejste Theion 15 millioner euro i en Series A-investeringsrunde for at opskalere deres battericeller reuters.com. Theion hævder, at deres celler kan tredoble energitætheden i forhold til lithium-ion, samtidig med at omkostningerne reduceres til en tredjedel, som nævnt tidligere reuters.com. De har angiveligt løst nøgleproblemer ved at forud-udvide katoden for at imødekomme svovlets udvidelse og ved at holde svovlet i en krystallinsk form, der er mindre reaktiv med elektrolytter reuters.com. CEO Ulrich Ehmes har udtalt, at deres teknologi kan finde anvendelse i el-biler, “flyvende taxaer” eller energilagring, og potentielt være i biler i slutningen af 2020’erne reuters.com. Theions tilgang har vakt opmærksomhed, fordi den ikke er afhængig af eksotiske materialer – de fremhæver, at deres batterier “ånder” mindre og ikke korroderer som tidligere Li-S. Investeringen vil hjælpe dem med at udvikle større pouch-celler og komme videre fra møntcelle-prototyper reuters.com. Tysklands interesse for svovlbatterier stemmer også overens med Europas bestræbelser på at have hjemmeavlede, bæredygtige batteriteknologier.
- Argonne National Laboratory & U.S. DOE: Inden for offentlig forskning har Argonne (sammen med andre laboratorier under det amerikanske energiministerium som Oak Ridge og Pacific Northwest) været aktivt involveret i forskning i svovlbatterier. Vi diskuterede Argonnes gennembrud inden for interlayer-design til Li-S-celler anl.gov. De undersøger også solid-state svovlbatterier i partnerskab med NASA til luftfart. DOE’s Vehicle Technologies Office har finansieret flere projekter om Li-S, Mg-S og endda Li-Air og Al-Air, idet de anerkender den strategiske betydning af næste generations kemier. Nationale laboratorier samarbejder ofte med universiteter (f.eks. arbejdede Argonne sammen med et team, der inkluderede University of Illinois om svovl-interlayers) og deler resultater, som startups kan bygge videre på. For eksempel stammer meget af forståelsen af polysulfid-adfærd og avanceret karakterisering (ved brug af værktøjer som Argonnes Advanced Photon Source til røntgenanalyse af batterier anl.gov) fra disse laboratorier.
- Andre bemærkelsesværdige: Universiteter som Monash University (Australien) skabte overskrifter i 2020 med et Li-S-batteri, der angiveligt kunne drive en smartphone i fem dage og viste fremragende stabilitet via en ny binder- og elektrodedesign advancedsciencenews.com. Monash har siden arbejdet på hurtigopladelige Li-S-batterier med henblik på elektrisk luftfart monash.edu. I Storbritannien var det nu lukkede Oxis Energy en pioner inden for Li-S; før lukningen i 2021 havde Oxis udviklet Li-S-celler tæt på 400 Wh/kg og samarbejdede med flyproducenter. Dets IP blev overtaget af andre aktører, hvilket muligvis informerer nye projekter. Kinesisk akademia og industri er ekstremt aktive – institutioner som det Kinesiske Videnskabsakademi, Wuhan University of Technology (som var medforfatter på Sadoways Al-S-artikel news.mit.edu), og virksomheder som CATL udforsker svovl- og aluminiumkemi, selvom detaljerne nogle gange holdes hemmelige. Selv Teslas Battery Day i 2020 antydede interesse for svovl (Elon Musk jokede om, at Tesla forskede i “lithium og svovl” uden at uddybe, muligvis til langsigtede projekter). Endelig kigger NASA og Boeing på Li-S til fly: NASAs SABERS-projekt har et flerlaget svovlbatteri, der nåede 500 Wh/kg, hvilket kan muliggøre elektriske fly eller avancerede droner businessaviation.aero.
Det er tydeligt, at et globalt økosystem af innovatører driver aluminium- og svovlbatterier fremad – fra små startups til hæderkronede nationale laboratorier. De næste par år (2025–2030) vil sandsynligvis se nogle af disse indsatser bære frugt i form af rigtige produkter og pilotprojekter.
Gennembrud og nylige innovationer (2024–2025)
Perioden 2024 til 2025 har været særligt spændende for udviklingen af aluminium- og svovlbatterier, med flere bemærkelsesværdige gennembrud:
- Jan 2024 – Aluminium-svovl ved 85 °C (Nature Communications): Forskere demonstrerede et nyt aluminium–svovl-batteri, der fungerer ved 85 °C med en kvaternær smeltet salt-elektrolyt, offentliggjort i Nature Communications nature.com. Dette batteri viste hurtig opladningsevne og overraskende lang levetid: det bevarede 85,4 % af sin kapacitet efter 1.400 cyklusser ved 1C opladningshastighed nature.com. Vigtigt er det, at 85 °C er en stor forbedring i forhold til tidligere smeltet-salt-batterier, der krævede 110–180 °C nature.com. Holdet opnåede dette ved at formulere en særlig blanding af salte (alkali-chloroaluminater) med et lavt smeltepunkt, hvilket også lettede hurtig aluminium-ion-bevægelse nature.com. De brugte også en nitrogendopet porøs kulkatode, der hjalp svovlreaktionerne med at forløbe hurtigt nature.com. Dette resultat er betydningsfuldt, fordi det peger mod praktiske, lavpris netbatterier, der kunne fungere med simpel opvarmning (selv blot varmt vand som varmekilde, som forfatterne bemærker nature.com) og levere hurtig opladning uden nedbrydning. Det er et skridt mod at gøre MIT Al-S batterikonceptet mere brugervenligt og mobilt.
- Okt 2024 – Lyten annoncerer Li-S Gigafactory: Lyten’s annoncering af en lithium-svovl batteri-gigafabrik i Nevada var en stor brancheoverskrift i slutningen af 2024 lyten.com. Den er planlagt til at blive den første i verden gigafabrik dedikeret til Li-S celler, med et mål om 10 GWh/år produktion i 2027 lyten.com. Endnu mere bemærkelsesværdigt var, at Lyten udtalte, at deres Li-S batterier allerede er på vej ind på udvalgte markeder i 2024 og 2025 – specifikt har de kunder inden for mikromobilitet (elcykler, løbehjul), rumfart (måske satellitter eller højhøjde-droner), droner og forsvarsapplikationer, der bruger deres batterier lyten.com. Dette antyder, at Lyten er gået fra laboratorieprototyper til pilotproduktion og faktisk brug i felten inden for disse nicher. Beslutningen om at bygge en stor fabrik indikerer tillid til at kunne skalere teknologien og at efterspørgslen vil materialisere sig. Det er også et stort signal til batteriindustrien og investorer om, at lithium-svovl nærmer sig klarhed til bred anvendelse. Vi kan snart se produkter, der reklamerer med “Li-S batteri indeni”, i det mindste i high-end eller specialiserede applikationer, som følge af dette.
- Mar 2025 – Theion rejser kapital, hævder 3× energi: I marts 2025 rapporterede Reuters, at Theion havde rejst 15 mio. euro for at skalere deres svovlbatteri, som “lagrer mere energi, men koster meget mindre end konventionelle lithium-ion-batterier.” reuters.com Theion afslørede noget af deres tekniske strategi offentligt og sagde, at deres celler har tre gange så høj energitæthed som Li-ion, til en tredjedel af prisen og en tredjedel af CO₂-udledningen, som nævnt tidligere reuters.com. De adresserede de store bekymringer ved at sige, at de undgår hurtig korrosion ved at bruge krystallinsk svovl og håndterer udvidelse ved at forud-udvide katodestrukturen reuters.com. Kapitalen vil hjælpe dem med at gå fra møntceller til større pouch-celler (egnet til elbiler eller fly) reuters.com. Denne udvikling minder om, at ikke kun én, men flere startups (Lyten, Theion, andre) når milepæle og tiltrækker investeringer, hvilket øger sandsynligheden for, at mindst én vil få kommerciel succes. Det minder lidt om de tidlige dage med lithium-ion, hvor flere virksomheder og lande deltog i kapløbet – her har vi amerikanske og europæiske aktører, der satser på svovlbatterier samtidig.
- 2023 – 2024 – Løsning af svovlcyklusens livspuslespil: Gennem 2023 og ind i 2024 offentliggjorde flere forskergrupper fremskridt i at forlænge levetiden for svovlbatterier. Et højdepunkt var det Argonne-ledede studie (offentliggjort august 2022 i Nature Communications), der demonstrerede, at et redox-aktivt mellemlag dramatisk kan forbedre Li-S-batteriets stabilitet anl.gov. I begyndelsen af 2023 rapporterede de, at denne tilgang giver celler, der bevarer høj kapacitet over hundredvis af cyklusser anl.gov, og bringer Li-S tættere på at være levedygtig til daglig brug. I midten af 2024 rapporterede et andet team om et foldbart, fleksibelt Li-S-batteri med en særlig jernsulfid-katode, der endda kunne modstå at blive skåret uden at fejle acs.org – en ny løsning til bærbar eller fleksibel elektronik med Li-S. Disse trinvise innovationer er vigtige: de adresserer de praktiske problemer (som polysulfid-håndtering, mekaniske belastninger osv.) ét ad gangen. Hver forbedring bringer Li-S-celler tættere på at opfylde de strenge krav fra kommerciel elektronik og køretøjer.
- 2024 – Forskning og udvikling i aluminiumbatterier tager fart: På aluminiumsfronten så man også interessant forskning i slutningen af 2024. Forskere undersøgte nye katodematerialer til aluminium-ion-batterier, såsom koboltsulfid, for at opnå højere kapacitet og bedre forståelse af oplagringsmekanismer for ladning nature.com. Der er en voksende mængde arbejde med “multivalente” batterier (inklusive Al, Mg, Zn), som ofte deler udfordringer og gennembrud – for eksempel kan forbedrede elektrolytter, der hjælper ét system, nogle gange anvendes på et andet advanced.onlinelibrary.wiley.com. Vi ser også lande som Indien investere i aluminiumbatteriteknologi, ikke kun via Phinergys aluminium-luft, men også i akademisk forskning for at skabe et genopladeligt aluminiumbatteri egnet til indiske forhold (med regeringen, der finansierer projekter under sin nationale energilagringsmission). Selvom disse endnu ikke har skabt globale overskrifter, bidrager de til en fremdrift, der opbygges omkring aluminiumbatterier verden over.
- Politiske og Markedssignaler: Gennembrudshistorierne handler ikke kun om teknik. I 2024–2025 ser vi stærke markedssignaler, der understøtter disse nye batterier. Den amerikanske regerings Inflation Reduction Act (IRA) og andre politikker fremmer indenlandske batteriforsyningskæder – hvilket gavner kemier, der kan produceres med lokalt fremskaffede materialer som svovl (USA producerer meget svovl fra olieraffinering) og aluminium. Lytens gigafabrik i Nevada og det amerikanske forsvarsministeriums interesse for letvægts Li-S batterier til soldater eller satellitter er resultater af disse incitamenter lyten.com. I Europa gør fokus på bæredygtighed et kobolt- og nikkelfrit batteri meget attraktivt, derfor EU-finansiering til projekter som Theion og andre. Selv i Kina, hvor lithium-ion produktion dominerer, har der været statsstøttede programmer for “næste generations” batterier (for eksempel arbejder CATL angiveligt på et natrium-ion + svovl hybridbatteri til lancering omkring 2023/24 til stationær lagring). Alle disse tendenser indikerer, at tiden er moden for aluminium- og svovlbatterier – verden leder efter løsninger, og teknologien er ved at indhente disse behov.
Essensen er, at de sidste to år har forvandlet aluminium- og svovlbatterier fra en niche-labkuriositet til seriøse kandidater til fremtidens energilagring. Som en forsker rammende sagde, “Vi er et skridt tættere på at se denne teknologi i vores hverdag.” anl.gov Den trin-for-trin fremgang er præcis det, der sker nu, og det næste skridt vil være bredere kommercialisering og opskalering af disse innovationer.
Potentielle Anvendelser og Indvirkning på Ren Energi og Elbiler
Fremkomsten af aluminium- og svovlbatterier kan påvirke en bred vifte af sektorer. Her er nogle af de mest lovende anvendelser og deres implikationer:
- 🏠 Vedvarende energilagring (net og hjem): Måske den største kortsigtede effekt vil være inden for stationær energilagring til ren energi. En af de store udfordringer ved vedvarende energi (sol, vind) er intermittens – solen og vinden er ikke tilgængelige døgnet rundt, så vi har brug for enorme, økonomiske batterier til at lagre energi, når de ikke producerer. Lithium-ion-batterier er begyndt at blive brugt til netlagring, men de er stadig relativt dyre og afhængige af importerede materialer. Aluminium-svovl- og natrium-svovl-batterier, med deres meget billige komponenter, kunne drastisk reducere omkostningerne ved at lagre en kilowatt-time. MIT’s Sadoway har specifikt rettet sig mod hjemme- og nabolagsskalaen med sit Al-S-batteri – “den størrelse, der er nødvendig for at forsyne et enkelt hjem eller en lille til mellemstor virksomhed” (i størrelsesordenen titals kWh) news.mit.edu. Sådanne batterier ville gøre det muligt for husejere med solceller på taget at lagre energi fra dagtimerne til brug om natten billigt, eller for små virksomheder at have backup-strøm uden en dieselgenerator. I større skala kunne forsyningsselskaber installere enorme banker af aluminium- eller natrium-svovl-batterier for at udjævne produktionen fra vedvarende energi. Universitetet i Sydneys team bemærkede, at deres billige Na-S-batteri kunne “betydeligt reducere omkostningerne ved overgangen til en afkarboniseret økonomi” ved at levere overkommelig lagring sydney.edu.au. I områder uden geografi til pumpet vandkraftlagring er disse elektrokemiske løsninger nøglen. Derudover, da disse nye batterier er ikke-brændbare (vigtigt for samfundets sikkerhed) og bruger rigelige materialer, kan de produceres og installeres lokalt i mange regioner – hvilket øger energisikkerheden. Overordnet set vil udbredt anvendelse af stationære aluminium/svovl-batterier muliggøre højere andel af vedvarende energi, reducere spild (spildt sol/vind på grund af manglende lagring) og hjælpe med at stabilisere elnettet med ren, fleksibel strøm.
- 🚗 Elektriske køretøjer (EV’er): Lettere og mere energieffektive batterier er den hellige gral for EV’er og endda elektrisk luftfart. Lithium-svovl-batterier er særligt attraktive her. Et Li-S-batteri kunne dramatisk forlænge rækkevidden for en EV uden at tilføje vægt – eller omvendt muliggøre samme rækkevidde med et meget lettere batteri, hvilket forbedrer effektiviteten. For eksempel, hvis en EV i dag har brug for et 600 kg Li-ion-batteri for 300 miles rækkevidde, kunne et Li-S-batteri med dobbelt energitæthed opnå det med ~300 kg, hvilket markant reducerer køretøjets vægt. Dette forbedrer acceleration, håndtering og reducerer energiforbruget pr. mile. Det kunne også gøre elektriske lastbiler og busser mere levedygtige ved at frigøre nyttelast. Virksomheder som Oxis Energy (før de lukkede) og Sion Power arbejdede sammen med luftfarts- og bilpartnere om Li-S prototypebatterier til langdistancefly og EV’er. Faktisk drev Sion Powers tidligere Li-S-celler en High Altitude Pseudo-Satellite (et ubemandet solfly) til at slå varighedsrekorder for flyvning i 2010’erne. For nylig har NASA og Airbus set på Li-S som en af de eneste måder at opnå de nødvendige 500 Wh/kg til praktiske elektriske passagerfly businessaviation.aero – deres SABERS-projekts succes antyder regionale elektriske fly på vej, der bruger svovlbatterier. Elektriske flyvende taxaer og droner ville ligeledes have fordel; Theion nævnte eksplicit flyvende køretøjer som et mål reuters.com. Ud over Li-S har selv aluminium-luft-batterier en rolle i EV’er: de kunne fungere som et rækkeviddeforlænger-modul, som du aktiverer til lange ture. Forestil dig en EV med et lille Li-ion-batteri til daglig pendling og et aluminium-luft “hjælpebatteri”, som du kun fylder op (udskifter aluminium) når du tager på en 1.000 km lang biltur. Sådanne hybride batteriarkitekturer overvejes i projekter af Indian Oil/Phinergy og andre. Vi skal bemærke, at almindelige EV’er ikke skifter til en helt ny kemi fra den ene dag til den anden – sikkerhed, levetid og lynopladning skal bevises – men i slutningen af 2020’erne er det sandsynligt, at high-end modeller eller specialkøretøjer kan komme med næste generations batterier. Hvis de gør, kan det løfte EV-ydeevnen til nye højder (500+ miles rækkevidde, meget hurtig opladning, lettere biler) og reducere afhængigheden af kritiske mineraler, hvilket muliggør EV-udbredelse i større skala uden ressourceflaskehalse.
- 📱 Bærbar elektronik og wearables: Din fremtidige smartphone eller bærbare computer kunne også få glæde af svovl- eller aluminiumbatterier, selvom disse anvendelser kræver lang cykluslevetid og lav selvafladning (områder hvor Li-ion i øjeblikket udmærker sig). Et lithium-svovl-batteri kunne få din telefon til at holde i flere dage mellem opladninger – husk Monash Universitys koncept om en telefon, der holder 5 dage på et Li-S batteri advancedsciencenews.com. Vægtreduktionen er mindre kritisk for en telefon, men energitætheden er vigtig. En udfordring her er, at forbrugerelektronik forventer hundredvis af cyklusser og flere års levetid; Li-S skal forfines yderligere for at opfylde dette. Alligevel kan vi måske se niche-gadgets eller wearables tage dem i brug, hvis de giver fordele i formfaktor. Aluminiumbatterier, især de fleksible designs som Stanfords, kunne muliggøre foldbare eller rullbare gadgets. For eksempel kunne et aluminium-ion-batteri, der er fleksibelt, integreres i remmen på et smartwatch eller i smart tøj. Da Al-ion også kan gøres meget sikkert (ingen brandrisiko), kunne de bygges ind i enheder uden store beskyttende kabinetter, måske endda muliggøre mere kreativ industriel design. Dette er spekulativt, men efterhånden som produktionen forbedres, kunne forbrugerelektronik blive et vigtigt marked (det var det trods alt for lithium-ions indledende vækst i 1990’erne).
- ⚡ Lynopladningsinfrastruktur: En mindre åbenlys, men vigtig anvendelse er at bruge disse nye batterier til at muliggøre lynopladning af elbiler og stabilisere elnettet. Som professor Sadoway påpegede, hvis mange elbiler forsøger at lade op på én gang (som flere biler ved en rasteplads), stiger strømforbruget til et niveau, elnettet ikke let kan levere news.mit.edu. I stedet for at opgradere elnettet er det smartere at installere en batteribuffer ved ladestationerne – batteriet oplades langsomt fra nettet og kan derefter hurtigt afgive strøm til bilerne, når det er nødvendigt. For sådanne bufferbatterier er pris og sikkerhed altafgørende, og vægten er mindre vigtig. Det gør aluminium-svovl eller natrium-svovl til ideelle kandidater. De står på stedet, lagrer energi billigt, kan ikke brænde, og kan afgive strøm hurtigt. Sadoway nævnte specifikt, at Al-S systemer kunne “eliminere behovet for at installere dyre nye elledninger” til klynger af lynladere news.mit.edu. Grundlæggende kan disse batterier fungere som støddæmpere for elnettet, opsuge overskudsenergi og frigive den efter behov, uanset om det er til elbilopladningstoppe eller for at balancere udsving i vedvarende energiproduktion.
- 🏭 Industriel og kommerciel backup: Ligesom telekomtårne bruger aluminium-luft til backup-strøm, kunne andre industrier og kommercielle faciliteter bruge aluminium- eller svovlbatterier for at sikre pålidelighed og reducere afhængigheden af dieselgeneratorer. Datacentre, for eksempel, efterspørger batterier, der er sikre, har lang standby-levetid og er omkostningseffektive i stor skala – man kan forestille sig natrium-svovl-batterirum, der erstatter de lithium-ion- eller blysyrebatteribanker, der i øjeblikket bruges til UPS (uafbrudt strømforsyning). På fjerntliggende eller off-grid steder er billige batterier, der ikke kræver hyppig udskiftning, ekstremt værdifulde (færre vedligeholdelsesture). Aluminium-svovlbatterier, der forventes at være meget billige pr. kWh, kunne muliggøre mikronet i landdistrikter eller øsamfund, kombineret med sol/vind, for at levere strøm døgnet rundt uden at sprænge budgettet.
- 🚀 Rumfart og forsvar: Den høje ydeevne for disse batterier er naturligt attraktiv for rumfarts- og forsvarsapplikationer. Som nævnt har satellitter og højtflyvende droner (pseudo-satellitter) med succes brugt Li-S på grund af dens lave vægt og gode ydeevne ved lave temperaturer (rumbatterier kører ofte koldt). Det amerikanske militær er interesseret i lettere batterier til soldater (for at reducere byrden ved at bære mange kilo Li-ion-batterier) – et svovlbatteri kunne dramatisk lette den byrde. Derudover, da svovlbatterier ikke har iltfrigivende forbindelser (i modsætning til Li-ion, som kan frigive O₂ ved termisk runaway), kan de være sikrere i lukkede miljøer som ubåde eller rumfartøjer. Aluminium-luft kunne fungere som en undervandsstrømkilde til langvarige ubemandede ubåde, hvor genopfyldning med aluminium er mulig. Forsvarssektoren fungerer ofte som tidlig adopter af banebrydende teknologi, der senere breder sig, så deres investering i aluminium- og svovlbatteriteknologi kan fremskynde udviklingen. Faktisk antyder Lytens indledende engagementer i 2024–25 med rum-, drone- og forsvarsmarkederne, at forsvarskontrakter er med til at bevise teknologien lyten.com før bredere forbrugerbrug.
I alle disse anvendelser er den overordnede effekt at muliggøre den grønne omstilling hurtigere og mere effektivt. Ved at sænke batteriomkostningerne og frigøre os fra lithium-ions forsyningskæde, kunne aluminium- og svovlbatterier gøre elbiler mere overkommelige for flere mennesker (kritisk for at afkarbonisere transport), gøre vedvarende energi mere pålidelig og udbredt (kritisk for at afkarbonisere elproduktion), og endda skabe nye muligheder som elektrisk flyvning. De har også miljømæssige fordele i brug: f.eks. ved at erstatte diesel-backupgeneratorer med aluminium-luft- eller natrium-svovlbatterier reduceres lokal luftforurening og CO₂-udledning. Hvis teknologien lever op til sit løfte, kunne verden se billigere elbiler, mere robuste grønne elnet og en reduktion i minedrift af sjældne metaller – en positiv spiral for både økonomien og miljøet.
Økonomiske og miljømæssige konsekvenser
Fra et økonomisk perspektiv kan aluminium- og svovlbatterier være forstyrrende på den bedst mulige måde: ved at sænke omkostningerne ved energilagring og diversificere forsyningskæden. Et batteri udgør en betydelig del af prisen på en elbil eller et vedvarende energisystem, så billigere batterier betyder billigere produkter og hurtigere udbredelse. Analytikere har bemærket, at materialer som aluminium og svovl koster en brøkdel af lithium, nikkel eller kobolt. For eksempel anslog et estimat, at materialeomkostningerne for aluminium-svovlceller kun er ~15% af en tilsvarende lithium-ion-celle news.mit.edu. Hvis disse besparelser overføres til produktionen, kan vi se batteripriser (pr. kWh) falde langt under den nuværende lithium-ion-læringskurve. Billig lagring kan så drive økonomisk vækst ved at muliggøre nye forretningsmodeller (som flere solcelleparker, fælles lagringsprojekter osv.) og ved at reducere energiomkostningerne for forbrugerne (forestil dig at oplade dit hjemmebatteri hver eftermiddag med solenergi og aldrig betale spidsbelastningspriser til elnettet).
Der er også en geopolitisk vinkel: Lithium-ion-produktion er i dag stærkt koncentreret (med Kina som dominerende inden for celleproduktion og lande som DRC, der leverer nøglemineraler). Aluminium smeltes dog over hele verden (og genanvendelse giver også en lokal kilde), og svovl er allestedsnærværende. Mange lande, der ikke har lithiumressourcer, har stærke aluminiumindustrier (f.eks. Indien, som vi så med IOC Phinergy). Så aluminiumbaserede batterier kan gøre det muligt for flere nationer at opbygge indenlandske batteriindustrier uden at være afhængige af importeret lithium eller kobolt. Denne diversificering kan reducere globale forsyningskæderisici og gøre overgangen til elektrisk mobilitet og vedvarende energi mere robust over for mangler eller politisk ustabilitet. I Nevada er den planlagte Lyten-fabrik et eksempel – brugen af amerikansk-skaffet svovl og samling af batterier lokalt lyten.com stemmer overens med politikker om at hjemtage batteriforsyningen og skabe lokale arbejdspladser (de forventer 1.000 jobs ved fuld kapacitet på den ene fabrik lyten.com).
På miljøsiden tilbyder disse batterier flere fordele:
- Lavere CO₂-aftryk: Fremstilling af batterier er energikrævende, men svovl- og aluminiumbatterier kan fremstilles med mindre eksotisk forarbejdning. Raffinering af kobolt og nikkel er særligt CO₂-tungt. Ved at udelade disse kan producenterne sænke CO₂-udledningen pr. kWh batteri. Theion hævdede en 2/3-reduktion i CO₂-aftryk for deres svovlbatterier sammenlignet med Li-ion reuters.com. Desuden kan svovl skaffes som et affaldsprodukt (praktisk talt ingen ekstra CO₂-omkostning for at få det), og genanvendelse af aluminium bruger kun ~5% af energien i forhold til primær aluminiumproduktion – så brug af genanvendt aluminium i batterier vil markant reducere deres indlejrede energi.
- Genbrug og slutning af levetid: Aluminium er allerede et af de mest genanvendte materialer (tænk på aluminiumsdåser). Der findes en infrastruktur til at smelte skrotaluminium om og genbruge det. Hvis aluminiums-metalbatterier bliver almindelige, kan man forestille sig, at brugte aluminiumsanoder rutinemæssigt bliver indsamlet og genanvendt med høj effektivitet – en cirkulær økonomi for batterimetallet. Svovl kan i en batterisammenhæng være sværere at genanvende direkte fra celler (især hvis det er bundet i forbindelser), men da det er billigt og ikke-giftigt, er det ikke en lige så stor miljøfare, selv hvis det ender på losseplads, som f.eks. bly eller cadmium i ældre batterier. Forskere kan finde måder at genvinde svovl eller omdanne affaldssvovl fra batterier til nyttige kemikalier (svovl bruges f.eks. også i gødning). Manglen på tungmetaller i disse batterier betyder mindre giftigt elektronikaffald hvis de bortskaffes forkert, og ideelt set nemmere håndtering på genbrugsanlæg.
- Reduceret minepåvirkning: Udvindingen af lithium, kobolt og nikkel har betydelige miljømæssige og sociale konsekvenser – fra vandforbrug ved lithiumudvinding fra saltlage, til ødelæggelse af levesteder og forurening omkring nikkelminer, til børnearbejde i nogle koboltminer. Ved at reducere eller eliminere behovet for disse materialer kan aluminium- og svovlbatterier mindske disse belastninger. Aluminium er ikke uden påvirkning (bauxitudvinding og aluminiumsproduktion har deres egne problemer som rødslamaffald og højt elforbrug), men disse processer er velregulerede i mange lande, og teknologien forbedres (f.eks. inerte anoder til aluminiumsproduktion for at reducere emissioner). Og igen, genanvendelse af aluminium mindsker behovet for ny minedrift betydeligt. Svovlforbruget handler mest om at genanvende et eksisterende biprodukt – det kan faktisk løse et problem (kæmpe svovllagre) i stedet for at skabe et.
- Sikkerhed og sundhed: Batteribrande har været et problem med lithium-ion, da brændende Li-ion frigiver giftige dampe og kan forårsage brande, der er svære at slukke (som nogle elbilbrande har vist). Ikke-brændbare batterier betyder færre brandhændelser, hvilket er en sikkerhedsgevinst for samfundet. Det betyder også sikrere håndtering af batterier under transport og på skrotpladser. For eksempel udgør skrottede elbiler med Li-ion-batterier en brandrisiko, hvis de beskadiges; en elbil med et aluminium-svovl-batteri kan være meget sikrere at skille ad. Ligeledes i forbrugerenheder – færre enheder, der eksploderer eller bryder i brand (tænk på de berygtede telefonbatteribrande), er gavnligt for folkesundheden og tilliden til batteriteknologi.
- Ren backup-strøm: I områder, der i øjeblikket er afhængige af dieselgeneratorer til backup eller fjernstrøm (øer, nødhjælpscentre, telemasttårne), vil udskiftning med aluminium-luft- eller natrium-svovlbatterier eliminere forbrænding af diesel, hvilket betyder ingen drivhusgasudledning, ingen partikelforurening og ingen støj. Dette er en direkte miljø- og livskvalitetsforbedring. For eksempel vil telemasttårne, der kører på aluminium-luft i Indien, producere nul lokale emissioner, mens dieselgeneratorer bidrager til luftforurening og CO2-udledning.
Alt i alt har aluminium- og svovlbatterier potentiale til at demokratisere energilagring – gøre det så billigt og miljøvenligt, at vi kan bruge batterier overalt, hvor vi har brug for dem, for at muliggøre en ren energifremtid. De vil ikke være en universalløsning (vi vil sandsynligvis have en blanding af batteriteknologier i brug), men deres indtog på markedet kan presse priserne ned og tvinge alle batteriproducenter til at forbedre bæredygtigheden.
Selvfølgelig er økonomisk succes for disse batterier ikke garanteret; de skal bevise, at de kan produceres billigt og fungere pålideligt i stor skala. Men de seneste investeringer og prototypers succeser er meget opmuntrende. Hvis de lykkes, er udbyttet ikke kun billigere elbiler eller bedre gadgets – det er en meningsfuld reduktion af miljøbelastningen fra vores batteriforbrug og et løft til de globale afkarboniseringsindsatser.
Konklusion: En lys fremtid drevet af almindelige grundstoffer
Aluminium- og svovlbatterier, der engang blev betragtet som outsider-teknologier, er hurtigt på vej mod kommerciel virkelighed. Disse batterier eksemplificerer en overbevisende idé: brug simple, rigelige ingredienser til at løse komplekse energiproblemer. I de seneste par år har fremskridt inden for kemi og materialeforskning bragt denne idé meget tættere på realisering. Vi har nu prototype aluminium-svovl-celler, der kan lynoplades på få minutter og køre i tusindvis af cyklusser nature.com, lithium-svovlbatterier, der når energitætheder, man kun kunne drømme om for ti år siden reuters.com, og endda aluminium-luft-systemer, der er begyndt at levere ren energi i praksis evreporter.com.
Overgangen væk fra vores afhængighed af sjældne metaller og dyre importvarer og hen imod batterier lavet af “bund-udsalg”-elementer som Al og S, kan omforme batteriindustrien på samme måde, som silicium gjorde for elektronikindustrien – hvilket muliggør enorm skalering og omkostningsreduktion. Som Sadoway bemærkede, har disse nye batterier “alt det andet, du kunne drømme om, at et batteri skulle have: billige elektroder, god sikkerhed, lynhurtig opladning, fleksibilitet og lang levetid” news.stanford.edu. Der er stadig udfordringer, der skal løses, men retningen er klar.
I de kommende år kan vi forvente at høre om pilotprojekter (måske et solcelleanlæg i Californien, der bruger MIT’s aluminium-svovl-celler, eller en drone drevet af et Lyten Li-S-batteri, der sætter udholdenhedsrekorder). Når produktionen øges, bør omkostningerne falde yderligere, og eventuelle resterende tekniske udfordringer – hvad enten det er levetid eller driftstemperatur – vil sandsynligvis blive løst af den intense forskning, der i øjeblikket foregår over hele verden.
For den brede befolkning kan effekten mærkes på subtile, men vigtige måder: en elbil, der er billigere og kører længere, en smartphone, der holder strøm hele weekenden, et nabolag, der holder lyset tændt med et batteri, når et stormvejr slår elnettet ud – velvidende at alt dette sker med materialer, der er lige så almindelige som aluminiumsfolie og havegødning (svovl). Verdens appetit på batterier vokser kun, og aluminium- og svovlteknologier sikrer, at vi kan dække dette behov på en bæredygtig måde.
Som en af de forskere, der er involveret i udviklingen af disse batterier, optimistisk udtalte, “Disse resultater demonstrerer … en enorm indflydelse på [batteri]udviklingen. Vi er et skridt tættere på at se denne teknologi i vores hverdag.” anl.gov Fremtiden, hvor vores liv drives af aluminium og svovl – to af Jordens mest beskedne grundstoffer – er nu tydeligt i horisonten. Revolutionen inden for energilagring er i gang, og den bygges på fundamentet af almindelig kemi, innovativ ingeniørkunst og det presserende behov for en renere, billigere energifremtid.
Kilder: Oplysningerne og citaterne i denne rapport er hentet fra nylige troværdige kilder, herunder fagfællebedømte studier, universitets-pressemeddelelser, industrinyheder og Reuters-rapporter. Centrale referencer inkluderer MIT News om aluminium-svovl-batteriet news.mit.edu, Argonne National Labs gennembrud inden for lithium-svovl anl.gov, Reuters’ dækning af Theion og Lytens udvikling reuters.com, lyten.com, og interviews med brancheledere (f.eks. Phinergys CEO om aluminium-lufts fordele evreporter.com). Disse og andre henvisninger gennem teksten giver detaljeret dokumentation for de fremsatte påstande.
- I januar 2024 rapporterede et studie i Nature Communications om et aluminium-svovl-batteri, der fungerede ved 85 °C med en smeltet chloroaluminat-elektrolyt og bevarede 85,4 % af sin kapacitet efter 1.400 cyklusser ved 1C.
- Stanfords aluminium-ion-batteriprototype fra 2015 brugte en aluminiumsanode og en grafitkatode, hvilket muliggjorde ultrahurtig opladning (omkring ét minut) og over 7.500 cyklusser ved cirka 2 V.
- I 2014 demonstrerede Phinergy en bil, der kunne køre omkring 1.100 miles ved brug af aluminium-luft-batterier.
- Aluminium-luft-batterier tilbyder omtrent tre gange så høj energitæthed pr. vægt som lithium-ion-batterier.
- I januar 2023 demonstrerede Argonne National Laboratory Li–S-celler med et redox-aktivt mellemlag, der næsten eliminerede shuttle-effekten og muliggjorde 700+ cyklusser.
- Lithium-svovl-celler har demonstreret energitætheder omkring 400–500 Wh/kg i laboratorier, og NASAs SABERS-projekt sigter mod cirka 500 Wh/kg til elektrisk luftfart.
- I august 2022 præsenterede MIT’s Donald Sadoway et aluminium-svovl-batteri med aluminiumsanode og svovlkatode, der brugte smeltet salt-elektrolytter for at muliggøre billig, sikker drift.
- I oktober 2024 annoncerede Lyten planer om at bygge verdens første Li–S-batteri-gigafabrik i Nevada med et mål om 10 GWh/år inden 2027.
- I marts 2025 rejste Theion €15 millioner for at skalere krystallinske svovl-Li–S-celler og hævder tredobbelt energitæthed sammenlignet med Li-ion, en tredjedel af prisen og en tredjedel af CO₂-udledningen, med planer om at gå fra møntceller til større poseceller.
- I 2023 fremviste Phinergy og Indian Oil Corporation Indiens første aluminium-luft-drevne køretøj, hvilket signalerer potentiale for markedsudrulning.
Forestil dig batterier lavet af almindelig aluminiumsfolie og svovlpulver, der driver alt fra hjem til elbiler til en brøkdel af nutidens omkostninger. Aluminium- og svovlbaserede batterier er ved at dukke op som lovende alternativer til traditionelle lithium-ion-celler og tilbyder det fristende potentiale for billigere, sikrere og mere bæredygtig energilagring. I denne rapport dykker vi ned i, hvad disse aluminium- og svovlbatterier er, hvordan de fungerer, de forskellige typer under udvikling (inklusive en spændende kombination af aluminium og svovl), deres fordele og udfordringer, de nøgleaktører der driver gennembrud, og hvordan nylige innovationer i 2024–2025 kan transformere grøn energi og elbiler. (Alle kilder er citeret for troværdighed.)
Hvad er aluminium- og svovlbatterier?
Aluminiumbatterier og svovlbatterier repræsenterer to brede familier af næste generations genopladelige batteriteknologier, der har til formål at løse begrænsningerne ved nutidens lithium-ion-batterier. Kort sagt bruger de aluminium eller svovl (eller begge dele) i deres elektrokemiske reaktioner i stedet for udelukkende at basere sig på lithiumbaserede kemier. Ligesom ethvert batteri har disse tre hoveddele – en positiv elektrode (katode), en negativ elektrode (anode) og en elektrolyt imellem, der transporterer ioner under opladning og afladning. Den afgørende forskel er kemien: I aluminiumbatterier fungerer metallet aluminium ofte som anode (og leverer i nogle design de ladningsbærende ioner), mens svovlbatterier typisk bruger grundstoffet svovl som katodemateriale, der modtager ioner fra en metalanode (som lithium eller natrium).
Hvorfor udforske aluminium eller svovl? Begge grundstoffer er utroligt rigelige og billige sammenlignet med lithium og kobolt, som bruges i Li-ion-celler. Aluminium er det mest udbredte metal i Jordens skorpe og har en meget høj teoretisk kapacitet til at lagre ladning (hver Al-atom kan afgive 3 elektroner, hvilket giver en ladningskapacitet på 2,98 Ah pr. gram, hvilket er enormt) nature.com. Svovl er et af de billigste ikke-metalliske grundstoffer (ofte et biprodukt fra olieraffinering) og kan binde sig med to lithiumioner pr. atom, hvilket muliggør et meget højt energilagringspotentiale nature.com, anl.gov. I princippet kunne batterier, der bruger aluminium eller svovl, rumme mere energi for en given vægt og koste meget mindre end nutidens lithium-ion-batterier. Som forskere ved Argonne National Laboratory forklarer, “Svovl er ekstremt rigeligt og omkostningseffektivt og kan lagre mere energi end traditionelle ionbaserede batterier.” anl.gov Ligeledes er aluminium billigt, bredt tilgængeligt og lagrer ladning tæt både pr. vægt og volumennature.com.
En anden stor drivkraft er sikkerhed og bæredygtighed. Lithium-ion-batterier bruger brandfarlige organiske væskeelektrolytter og kræver ofte sjældne metaller (som kobolt, nikkel, lithium), der giver forsyningskæde- og etiske problemer. Til sammenligning kan mange aluminium- og svovlbatteridesign bruge ikke-brændbare elektrolytter (såsom ioniske væsker eller smeltede salte) og undgå konfliktmineraler. For eksempel bruger et nyligt lithium-svovl-batteridesign kun “rigeligt tilgængelige lokale materialer, hvilket eliminerer behovet for udvundne mineraler som nikkel, kobolt, mangan og grafit,” ifølge batteristartupen Lyten lyten.com. MIT-professor Donald Sadoway – en førende batteri-innovatør – har eksplicit ledt efter “billige, jordoverflodige” ingredienser for at opfinde noget “meget bedre end lithium-ion”, og har valgt aluminium til anoden og svovl til katoden i sin nyeste batterikemi news.mit.edu.
Kort sagt er aluminium- og svovlbatterier et forsøg på at bygge et billigere, sikrere og mere etisk batteri ved at bruge grundstoffer, der er rigelige (ingen global forsyningskrise), billige og med høj kapacitet. Lad os nu se nærmere på, hvordan disse batterier fungerer i praksis, og hvilke forskellige typer der er under udvikling.
Hvordan fungerer de? (Batterigrundlæggende forklaret i almindeligt sprog)
Aluminiumbaserede batterier bruger typisk aluminium som anode. Når batteriet aflades, afgiver aluminiumet elektroner (hvilket producerer en elektrisk strøm) og aluminiumioner (Al³⁺), der bevæger sig gennem elektrolytten til katoden. Afhængigt af batteritypen vil disse aluminiumioner enten interkalere (indsættes) i et katodemateriale eller reagere med det. For eksempel, i et aluminium-ion batteri, bevæger Al³⁺-ioner sig ind i et lagdelt katodemateriale (som grafit eller et metaloxid) og ud igen under opladning news.stanford.edu. I et aluminium-svovl batteri reagerer aluminiumionerne med svovl ved katoden og danner aluminium-svovlforbindelser under afladning, og vender derefter tilbage til aluminium ved opladning nature.com. Og i aluminium-luft batterier reagerer aluminiumet med ilt fra luften ved en speciel katode, hvilket danner aluminiumoxid eller -hydroxid – en reaktion, der frigiver elektricitet, indtil aluminiumanoden er opbrugt.
Svovlbaserede batterier involverer normalt en svovlkatode parret med en metalanode (lithium er mest almindelig, men natrium og endda magnesium eller aluminium kan bruges). Tag for eksempel lithium-svovl (Li-S): under afladning afgiver lithiumatomer ved anoden elektroner og bliver til lithiumioner (Li⁺), der bevæger sig gennem elektrolytten til svovlkatoden. Svovlet (S₈-molekyler) omdannes der til lithiumsulfid (Li₂S) ved at optage lithiumioner – i bund og grund opsuger svovl lithiumioner og elektroner for at danne nye forbindelser, hvor energien lagres i de kemiske bindinger. Under opladning vendes processen: lithiumionerne forlader svovlet og vender tilbage til anoden, og svovl gendannes. Fordi hvert svovlatom kan binde to lithiumatomer, og S₈-ringe kan brydes op i forskellige lithium-polysulfidmolekyler, kan Li-S-batterier i teorien lagre 3–5 gange mere energi pr. vægt end Li-ion. Natrium-svovl (Na-S) batterier fungerer på tilsvarende måde med natriumioner og danner typisk natriumpolysulfider eller natriumsulfid.
I alle disse batterier shuttler ioner frem og tilbage gennem en elektrolyt, mens elektroner strømmer gennem et eksternt kredsløb – det er sådan, batteriet oplades og aflades. Elektrolytten kan være en væske, gel eller et fast stof, der tillader ionerne at bevæge sig, men tvinger elektronerne til at gå gennem kredsløbet (som driver din enhed). Det er vigtigt, at nogle af disse nye kemier kræver specielle elektrolytter for at fungere. Aluminium-ion batterier er ofte afhængige af ioniske væsker eller smeltede saltelektrolytter, fordi Al³⁺-ioner interagerer stærkt med typiske opløsningsmidler. Faktisk blev de tidlige genopladelige aluminiumbatterier først mulige, da forskere fandt en ionisk væske ved stuetemperatur (baseret på chloroaluminatsalte), der lader aluminiumioner bevæge sig effektivt ind og ud af en grafitkatode news.stanford.edu. Tilsvarende bruger lithium-svovl batterier ofte modificerede flydende elektrolytter eller faste elektrolytter for at forhindre problemer, vi vil diskutere senere (som at svovl lækker ud i elektrolytten).
For at opsummere i enkle vendinger: aluminiumbatterier genererer strøm ved, at aluminium metallet afgiver flere elektroner pr. atom (utrolig høj ladning pr. metalatom) og danner bindinger enten med en værtskatode eller med ilt/svovl, mens svovlbatterier genererer strøm ved, at et let, rigeligt grundstof (svovl) opfanger metalioner og elektroner i energirige forbindelser. Begge design bringer os videre end den enkelt-lithium-ion-overførsel, som nuværende batterier bruger, og kan potentielt give mere kraft pr. opladning. Lad os nu se på de specifikke varianter af disse batterier, der er under udvikling.
Typer af aluminiumbaserede batterier
Forskere undersøger flere typer batterier, der bruger aluminium på forskellige måder:
- Genopladelige aluminium-ion-batterier (Al-Ion): Disse batterier bruger aluminium som anode og typisk en grafitisk katode med en særlig ionisk væske-elektrolyt. Et berømt tidligt eksempel kom fra Stanford University i 2015, hvor forskere demonstrerede en prototype af et aluminium-ion-batteri med en aluminium-anode og en grafit-katode i en ionisk væske. Det viste ultrahurtig opladning (en lille celle kunne oplades på cirka ét minut!) og ekstremt lang cykluslevetid (over 7.500 opladningscyklusser uden kapacitetstab) news.stanford.edu. Stanford-cellen var også meget sikker – forskerne kunne bore gennem posecellen uden at den gik i brand, i modsætning til lithium-celler news.stanford.edu. Dog havde den en lavere spænding (~2 volt, cirka halvdelen af en typisk Li-ion-celles spænding) news.stanford.edu, hvilket betyder, at flere celler ville være nødvendige i serie for at opnå brugbare spændinger. Nøglefordel: Al-ion-batterier lover hurtig opladning, lang levetid og forbedret sikkerhed (ingen brandfarlige komponenter), ved brug af billige materialer (aluminium og kulstof) news.stanford.edu. Løbende forskning har til formål at øge deres energitæthed ved at finde bedre katoder og elektrolytter for at øge spænding og kapacitet news.stanford.edu. Flere grupper verden over (fra Stanford til kinesiske universiteter news.mit.edu) udvikler aluminium-ion-teknologi. For eksempel undersøger forskere forskellige katodematerialer (selv inklusive metalsulfider nature.com) for at lagre aluminiumioner mere effektivt nature.com.
- Aluminium-luft-batterier: Aluminium-luft er en primærbatteri (ikke-genopladeligt med elektricitet, men potentielt mekanisk “genopfyldeligt”), hvor aluminium reagerer med ilt fra luften for at generere elektricitet. Disse celler har en imponerende høj energitæthed, fordi katoden blot er omgivende luft – hvilket gør batteriet ekstremt let. Faktisk kan aluminium-luft-pakker have omkring 3 gange så meget energi pr. vægt som lithium-ion på systemniveau evreporter.com. Ulempen er, at når aluminium-anoden oxiderer til aluminiumhydroxid eller -oxid, er cellen “opbrugt” og skal have frisk aluminium for at fortsætte. Dette gør aluminium-luft mere som en brændselscelle eller en rækkeviddeforlænger: du ville udskifte en ny aluminiumsplade (og genanvende den brugte) i stedet for at sætte den til opladning. Virksomheder som Phinergy i Israel har været pionerer inden for aluminium-luft-systemer i årevis. I partnerskab med Indian Oil Corporation tester de aluminium-luft-batterier i elbiler og stationære backup-enheder. I 2023 demonstrerede de en lille elbil i Indien, der kørte over 500 km på aluminium-luft-celler, før den skulle have en aluminium-“genopfyldning”evreporter.com. Phinergys CEO David Mayer bemærker, at aluminium-luft-teknologi er “sikker, ikke-brændbar,” kræver ingen tung ladeinfrastruktur, og kan genoplades (ved at udskifte aluminium) “på få minutter” i stedet for timer evreporter.com. Ulempen er at etablere en hel forsyningskæde til masseproduktion og genanvendelse af aluminiumsplader. Alligevel er denne teknologi allerede kommerciel i nicher: f.eks. er Phinergys aluminium-luft-enheder taget i brug som backup-strøm til telemast (i stedet for dieselgeneratorer) i Israel og Europa evreporter.com. Aluminium-luft-batterier erstatter måske ikke direkte det genopladelige batteri i din telefon, men de kan fungere som rækkeviddeforlængere til elbiler eller langtidslagring – og give en enorm energireserve, som du udskifter med jævne mellemrum.
- Aluminium-svovl-batterier: Fascinerende nok kombinerer nogle forskere aluminium og svovl i én batteri – hvor aluminium bruges som anode og svovl som katode, med en smeltet salt eller ionisk væske som elektrolyt. Denne hybride tilgang forsøger at udnytte det bedste fra begge elementer: aluminiums høje anodakapacitet og svovls høje katodekapacitet, alt sammen med utroligt billige materialer. I august 2022 præsenterede et hold ledet af MIT’s Donald Sadoway et nyt aluminium-svovl-batteridesign, der straks fik overskrifter for sin lave pris og ydeevne. Det bruger smeltede chloro-aluminat-salte som elektrolyt, som fungerer ved en moderat temperatur (omkring 110 °C, svarende til en varm kop kaffe) for at holde saltet flydende news.mit.edu. Den opvarmede elektrolyt var et smart valg: den er ikke blot ikke-brændbar og billig, den forhindrer også dendritter – de irriterende metalspidser, der kan kortslutte batterier. Som Sadoway udtrykte det, “pensionerede det valgte salt i det væsentlige disse løbske dendritter, samtidig med at det tillod meget hurtig opladning” news.mit.edu. Hans aluminium-svovl-prototypecelle kunne oplades på under et minut uden kortslutning og kørte i hundredvis af cyklusser med en anslået pris pr. celle på omkring en sjettedel af tilsvarende lithium-ion-celler news.mit.edu. Dette er en enorm omkostningsreduktion, bekræftet af eksterne analytikere; materialeomkostningerne for disse batterier kan være 85% lavere end lithium-ion ifølge Science-magasinet news.mit.edu. Visionen er at bruge sådanne celler til stationær lagring (f.eks. lagring af solenergi til brug om natten) og muligvis til hurtigopladningsstøtte til elbiler. Sadoways design bliver kommercialiseret af en startup kaldet Avanti, som har til formål at opskalere cellerne og udføre stresstests i den nærmeste fremtid news.mit.edu. Imens arbejder andre grupper videre med aluminium-svovl-konceptet: I januar 2024 rapporterede forskere i Kina om et genopladeligt Al-S-batteri, der kan køre ved 85 °C (lige under vands kogepunkt, endnu lettere at vedligeholde) med fremragende levetid – over 1.400 cyklusser med kun 15% kapacitetstab, og evnen til at hurtigoplade ved den temperatur nature.com. At sænke driftstemperaturen under 100 °C betyder, at simpel opvarmning med varmt vand kan vedligeholde batteriet, hvilket “forenkler i høj grad” den termiske styring og åbner op for bredere anvendelser nature.com. Bundlinje: Aluminium-svovl-batterier kan blive en game-changer for netlagring og måske vissepå køretøjer, ved at levere ultra-billige, brandbestandige batterier, der bruger jordoverflodigt aluminium (det mest udbredte metal) og svovl (det billigste ikke-metal) news.mit.edu.
Typer af svovlbaserede batterier
Flere batteriteknologier udnytter svovlkatoder kombineret med forskellige anoder:
- Lithium-svovl (Li-S) batterier: Lithium-svovl er en af de mest undersøgte “post-lithium” kemier på grund af dets ekstremt høje energipotentiale. En Li-S-celle kan teoretisk set lagre op til 5x så meget energi pr. vægt som en lithium-ion-celle, da svovl er meget let, og hvert svovl kan binde flere lithiumatomer. I praksis har Li-S-batterier allerede vist energitætheder omkring 400–500 Wh/kg (omtrent det dobbelte af Li-ion) i laboratorier businessaviation.aero, apricum-group.com. De er også attraktive, fordi de er meget billige og miljøvenlige – svovl koster næsten ingenting og er rigeligt, og Li-S-celler indeholder hverken kobolt eller nikkel. Dog har Akilleshælen for Li-S været levetid og stabilitet. Traditionelle Li-S-prototyper led under “polysulfid-shuttle”-effekten: mellemliggende svovlforbindelser (polysulfider) opløses i elektrolytten under cykling og migrerer til lithiumanoden, hvilket forårsager selvafladning, korrosion og hurtig kapacitetsnedgang anl.gov. De gennemgår også betydelige “vejrtrækninger” (volumenændringer) – svovl udvider og trækker sig meget sammen under opladning/afladning, hvilket kan beskadige cellestrukturen reuters.com. Disse problemer betød, at tidlige Li-S-batterier døde efter blot nogle få dusin cyklusser. Den gode nyhed er, at nylige gennembrud er ved at løse disse problemer. Forskere har udviklet nanostrukturerede kulkatoder og elektrolytadditiver til at fange polysulfider og forlænge levetiden nature.com. I januar 2023 demonstrerede Argonne National Lab en Li-S-celle med et særligt porøst “redox-aktivt” mellemlag, der næsten eliminerede shuttle-problemet, hvilket gjorde det muligt for batteriet at klare 700+ cyklusser med opretholdt høj kapacitet anl.gov. “Tidligere [svovl]batterier undertrykte kun shuttling, men ofrede energi. Vores lag tilføjer lagringskapacitet og undertrykker shuttle,” forklarede Argonne-kemikeren Guiliang Xu anl.gov. Dette tyder på, at Li-S-batterier både kan laves med høj energi og lang levetid. Faktisk kappes virksomheder nu om at kommercialisere dem: Lyten, en californisk startup, har udviklet en lithium-svovl-celle forstærket med proprietære 3D-grafenmaterialer og sigter mod nichemarkeder som droner, rumfart og forsvar i 2024–2025 lyten.com. Lyten hævder, at deres Li-S-batterier er 40% lettere end nutidens lithium-ion (og 60% lettere end jern-fosfat-batterier), samtidig med at de er billigere i stor skala på grund af elimineringen af nikkel, kobolt og andre dyre materialer lyten.com. Et andet firma, Theion (Tyskland), arbejder på krystallinske svovl-katoder og rapporterede for nylig om Li-S-celler med 3× energitætheden af Li-ion, til kun en tredjedel af prisen, og potentielt en tredjedel af produktionsudledningerne reuters.com. Theions CEO Ulrich Ehmes sagde, at deres batterier – som undgår korrosionsproblemer ved at bruge en stabil form for svovl og et forud-udvidet design – kunne være i elektriske køretøjer “inden udgangen af årtiet”, hvis udviklingen forløber planmæssigt reuters.com. Kort sagt er lithium-svovl-batterier på nippet til at gå fra laboratoriet til markedet og lover ultralette, højenergi-pakker til anvendelser, hvor hvert kilogram tæller (elektriske fly, langtrækkende elbiler, rumfart).
- Natrium-svovl (Na-S) batterier: Natrium og svovl lyder måske som et usandsynligt par (natrium er ekstremt reaktivt, og de tidlige Na-S batterier kørte varme ved 300°C), men denne kemi har en lang historie inden for netlagring. Højtemperatur Na-S batterier er blevet brugt til energilagring i forsyningsnettet i årtier (især af NGK i Japan) – de fungerer med smeltet natrium og svovl adskilt af en solid keramisk elektrolyt, hvilket giver god effektivitet og lang levetid til stationær lagring. Dog har behovet for at holde dem ved ~300 °C begrænset udbredelsen. For nylig er der begejstring omkring natrium-svovl batterier ved stuetemperatur, som kan tilbyde et billigt og sikkert alternativ til storskala lagring. I slutningen af 2022 annoncerede et hold ved University of Sydney et “billigt batteri med fire gange så stor kapacitet som lithium-ion” ved brug af et nyt Na-S design ved stuetemperatur sydney.edu.au. Ved at bruge en porøs kulstofelektrode og en simpel termisk behandling (pyrolyse) for at skabe en mere reaktiv form for svovl, opnåede de superhøj kapacitet og ultralang levetid ved stuetemperatur, hvilket overvandt Na-S’s tidligere “langsomme” ydeevne sydney.edu.au. Ledende forsker Dr. Shenlong Zhao sagde, at dette natrium-svovl batteri “har potentiale til dramatisk at reducere omkostningerne, samtidig med at det giver fire gange så stor lagringskapacitet. Dette er et betydeligt gennembrud for udviklingen af vedvarende energi…” sydney.edu.au. Faktisk er natrium og svovl endnu mere rigelige og billige end lithium, så et succesfuldt Na-S batteri kunne være en gevinst for energilagring i elnettet – og muliggøre store batterier til vind-/solcelleparker med minimale omkostninger. Selvom Na-S celler ikke matcher Li-ion til kompakte elbilsbehov (natrium er tungere, og disse celler er i øjeblikket større formater), kan de blive en vigtig del af den rene energiinfrastruktur, og tilbyde sikker og billig lagring, når solen ikke skinner eller vinden ikke blæser sydney.edu.au. Forskning pågår verden over (Kina, Australien, Europa) for at forfine Na-S batterier ved stuetemperatur til kommercialisering.
- Andre svovlbaserede batterier: Ud over Li-S og Na-S har forskere eksperimenteret med svovlkatoder i kombination med andre metaller som magnesium eller calcium, og endda parret svovl med aluminium (som tidligere diskuteret). Disse multivalente metal–svovl-batterier (hvor metalionen bærer mere end én ladning, f.eks. Al³⁺ eller Mg²⁺) er attraktive af samme grund som aluminium eller svovl alene – overflod og høj kapacitet – men de står over for endnu mere udfordrende kemi og er for det meste på tidlige forskningsstadier advanced.onlinelibrary.wiley.com. For eksempel kæmper magnesium-svovl-celler med elektrolytkompatibilitet og langsom kinetik. Faststof-svovlbatterier er en anden banebrydende variation: ved at bruge en fast elektrolyt (ofte en sulfid eller polymer) sigter forskere mod at lave Li-S-celler, der er sikrere (ingen brandfarlig væske) og som helt undertrykker polysulfid-shuttle-effekten onlinelibrary.wiley.com, businessaviation.aero. NASA har aktivt udviklet et faststof lithium-svovl-batteri (projekt SABERS) med en svovl-selen-katode og en ny fast elektrolyt, der opnår energitætheder på ~500 Wh/kg, hvilket er egnet til elektrisk luftfart businessaviation.aero. Svovls tiltrækningskraft – let, rigeligt, kraftfuldt – har placeret det i centrum for mange futuristiske batterikoncept.
Efter at have dækket landskabet for aluminium- og svovlbatterityper, kan vi nu sammenligne, hvordan disse teknologier klarer sig mod de dominerende lithium-ion og hvilke unikke fordele de tilbyder.
Vigtige fordele og styrker i forhold til lithium-ion
Både aluminiumsbaserede og svovlbaserede batterier lover betydelige fordele i omkostninger, bæredygtighed og ydeevne, hvis deres udvikling fortsætter med succes. Her er de vigtigste fordele:
- 🌎 Rigelige, billige materialer: Aluminium og svovl er billige og findes i rigelige mængder stort set overalt. Aluminium er det mest udbredte metal i jordskorpen, og svovl er et almindeligt biprodukt fra raffinering. Det betyder, at materialeomkostningerne kan være markant lavere. En rapport fra Science bemærkede, at råmaterialerne til et aluminium-svovl-batteri kunne være 85% billigere end dem til lithium-ion-batterier news.mit.edu. Theion (en svovlbatteri-startup) hævder ligeledes, at deres celler kun vil koste en tredjedel af Li-ion-celler reuters.com. Ifølge Sadoway er disse batterier “etisk fremskaffede, billige, [og] effektive” news.mit.edu – de undgår dyre metaller, der ofte er forbundet med problematisk minedrift. Brug af rigelige ressourcer betyder også færre forsyningsflaskehalse; vi vil ikke stå over for mangel på lithium eller kobolt, hvis aluminium- og svovlbatterier slår igennem.
- 🔥 Forbedret sikkerhed (ikke-brændbar): Mange næste-generations aluminium/svovl-batterier er designet til at være langt mere sikre. I stedet for brandfarlige organiske elektrolytter kan de bruge uorganiske smeltsalte eller faste elektrolytter, som ikke antændes news.mit.edu. Aluminium-ion- og aluminium-svovl-celler demonstreret af Stanford og MIT “vil ikke gå i brand, selv hvis du borer igennem dem” eller fungerer ved høje temperaturer news.stanford.edu, news.mit.edu. Ligeledes kan svovlkatoder kombineret med faste eller gel-elektrolytter modstå termisk runaway bedre end konventionelle Li-ion. Phinergys aluminium-luft-system er i sig selv ikke-brændbart og “sikkert, ikke-brændbart” i drift evreporter.com. Øget sikkerhed beskytter ikke kun brugerne, men forenkler også transport og produktion (ingen behov for dyre køle- eller brandslukningssystemer i batteripakker).
- ⚡ Høj energitæthed & lav vægt: Begge kemier tilbyder potentialet for højere energilagring pr. vægt end nutidens batterier. Lithium-svovl-batterier har for eksempel opnået ~500 Wh/kg i prototyper businessaviation.aero – cirka det dobbelte af de bedste Li-ion, hvilket muliggør meget lettere batteripakker. Lyten rapporterer, at deres Li-S-celler vil være op til 40% lettere end Li-ion-pakker for samme energi lyten.com. Theion sigter mod 3x energitætheden af Li-ion reuters.com. For elbiler og fly kan dette betyde længere rækkevidde eller højere nyttelast for samme batterivægt. Aluminium-luft er helt i top, hvad angår energitæthed (det blev brugt til at sætte en rekord på 1.100 miles i en elbil på én enkelt aluminium-luft “tank” for nogle år siden), dog med behov for genopfyldning. Selv aluminium-ion-batterier, selvom de har lavere teoretisk energi end Li-S, kan udmærke sig i effekttæthed – Stanfords celle kunne oplades fuldt på ét minut news.stanford.edu, hvilket antyder batterier, der kan oplades lige så hurtigt som at fylde en benzintank. Kort sagt kan disse teknologier levere enten meget mere energi (til langvarig brug) eller meget hurtigere afladnings-/opladningshastigheder end Li-ion, eller begge dele.
- 🔋 Potentiale for lang cykluslevetid: Korrekt konstrueret kan aluminium- og svovlbatterier holde lige så længe eller længere end Li-ion. Aluminiumsmetalanoder danner ikke samme type dendritter som lithium (især med de rette elektrolytter) news.mit.edu, så de kan være meget holdbare. Stanford Al-ion-cellen overlevede 7.500+ cyklusser (en størrelsesorden mere end Li-ion) news.stanford.edu. Svovlceller havde historisk set dårlig cykluslevetid, men nye design (interlag, solid-state osv.) opnår nu hundreder eller tusinder af cyklusser med minimal tab anl.gov, nature.com. Til stationær lagring er et batteri, der pålideligt kan cykle hver dag i 10+ år, afgørende, og udviklere af disse kemier har stort fokus på stabilitet.
- ♻️ Miljømæssige & Etiske Fordele: Fordi de bruger let tilgængelige materialer, undgår disse batterier den miljøskade, der er forbundet med minedrift og forarbejdning af sjældne metaller som kobolt, nikkel og lithium. Der er også en reduktion i batteriets indlejrede CO₂-aftryk. Theion vurderer, at deres svovlbattericeller kun vil udlede en tredjedel af CO₂ under produktionen sammenlignet med Li-ion-celler reuters.com. Svovl er ofte et affaldsprodukt (millioner af tons ligger på lagre), så at bruge det i batterier er i bund og grund genanvendelse af industrielt affald. Aluminium er også meget genanvendeligt – en eksisterende global genanvendelsesinfrastruktur kan udnyttes til nemt at genvinde aluminium fra udtjente batterier. Etisk set undgår brugen af svovl og aluminium de børnearbejde- og menneskerettighedsproblemer, der har plaget koboltminedrift. Alle disse faktorer betyder, at næste generations batterier kan blive mere bæredygtige og socialt ansvarlige gennem hele deres livscyklus.
- 💡 Lynopladning og Høj Effekt: Nogle aluminium/svovl-designs demonstrerer ultra-hurtig opladning. Vi har nævnt 60-sekunders opladning i laboratorietests news.stanford.edu. Derudover har aluminium-svovlceller i laboratoriet fungeret ved meget høje opladningshastigheder (f.eks. opladning ved 1C eller derover ved forhøjet temperatur med fremragende kapacitetsbevarelse) nature.com. Aluminium-luft kan “genoplades” øjeblikkeligt ved at udskifte aluminium. Disse egenskaber kan afhjælpe en af de største forbrugerklager ved elbiler og gadgets – lange opladningstider – og samtidig levere høj effekt, når det er nødvendigt (forestil dig elværktøj eller elbiler med aluminiumbatterier, der leverer et kraftigt punch uden spændingsfald).
Det er vigtigt at bemærke, at ikke alle disse fordele gælder lige meget for alle varianter (for eksempel giver aluminium-luft stor energi, men kan ikke elektrisk genoplades; aluminium-ion oplades hurtigt, men har lavere spænding; Li-S er superlet, men har i øjeblikket moderat cykluslevetid). Dog er det overordnede løfte ved aluminium- og svovlbatterier, at vi kan sænke omkostningerne markant og mindske afhængigheden af sjældne materialer, samtidig med at vi leverer lige så god eller bedre ydeevne på nøgleområder som sikkerhed, energi og effekt.
Udfordringer og Tekniske Forhindringer
Hvis aluminium- og svovlbatterier er så gode, hvorfor er de så ikke overalt endnu? Sandheden er, at disse teknologier står over for betydelige udfordringer, som forskere og ingeniører stadig arbejder på at overvinde:
- Massachusetts Institute of Technology (MIT) & Avanti: MIT har været et centrum for innovativ batteriforskning. Professor Donald Sadoways gruppe på MIT stod i spidsen for aluminium-svovl-batterikonceptet. Efter at have offentliggjort de banebrydende resultater i Nature i 2022, var Sadoway med til at grundlægge Avanti for at kommercialisere teknologien news.mit.edu. Avantis mål er at opskalere produktionen af aluminium-svovl-celler til stationær lagring og mere. Sadoway er også kendt for at have været med til at grundlægge Ambri, et firma der kommercialiserer flydende metalbatterier (med andre kemier som calcium og antimon). Ambri sigter mod lagring i stor skala til elnettet og blev rapporteret at skulle implementere systemer i 2024 youtube.com. Mellem Ambri og Avanti kan Sadoways innovationer dække alt fra store forsyningsbatterier til mindre batterier til bygninger eller ladestationer til elbiler news.mit.edu. MIT’s indflydelse stopper ikke der – deres forskere undersøger også lithium-svovl i projekter, og instituttet samarbejder ofte med nationale laboratorier og virksomheder om banebrydende batteriteknologi.
- Stanford University & SLAC: Stanford vakte tidligt opsigt inden for aluminium-ion-batterier (prototypen for hurtigopladende Al-ion fra 2015 news.stanford.edu). Dette arbejde, ledet af Prof. Hongjie Dai, viste, at en simpel grafit-katode kunne muliggøre et genopladeligt aluminiumbatteri. Stanford fortsætter med at forske i batterier; for eksempel har SLAC (Stanford Linear Accelerator Lab) undersøgt nye katoder til aluminiumbatterier såsom metalsulfider nature.com, og undersøgt grænsefladekemi for at forbedre cyklussen. Selvom Stanfords opdagelse fra 2015 endnu ikke er blevet til et kommercielt produkt, demonstrerede den muligheden og er blevet citeret af mange efterfølgende studier. Den understregede også Stanfords filosofi om åben forskning, der fører til industriel anvendelse (nogle Stanford-batterialumner er gået til startups eller har dannet deres egne i Bay Areas batteristartup-miljø).
- Graphene Manufacturing Group (GMG) & University of Queensland: I Australien har GMG (i samarbejde med University of Queensland) udviklet et Graphene Aluminum-Ion Battery. De har rapporteret imponerende resultater i møntcelleprototyper – med ekstremt hurtig opladning og lang cykluslevetid – ved at bruge grafen (en form for kulstof) som katodemateriale i en aluminium-ion-konfiguration batteriesnews.com. GMG har haft som mål at opskalere deres teknologi til poseceller, der er egnede til forbrugerelektronik eller elbiler, og i slutningen af 2022 havde de et udviklingsprogram og en pilotproduktionslinje undervejs graphenemg.com. Deres tilgang understreger synergien mellem nano-materialer (grafen) og nye kemier som aluminium-ion for at opnå bedre resultater.
- Phinergy og Indian Oil (IOC): Phinergy er en israelsk startup, der har været pioner inden for aluminium-luft-batterier i over et årti. De blev berømte for at have drevet en demobil med aluminium-luft i 1.100 miles i 2014, og har siden fokuseret på reelle produkter til backup-strøm og rækkeviddeforlængelse til elbiler. Phinergy indgik partnerskab med Indian Oil Corporation for at danne et joint venture (IOC Phinergy), der bringer aluminium-luft-teknologi til det indiske marked – potentielt enormt for et land, der er ivrigt efter at finde alternativer til olie og udnytte sin aluminiumindustri. I begyndelsen af 2023 fremviste IOC Phinergy Indiens første aluminium-luft-drevne køretøj og var i gang med at etablere infrastruktur til pladeproduktion og genanvendelse alcircle.com. Den indiske regering har også vist interesse, da aluminium-luft kan reducere afhængigheden af importeret lithium. Phinergys teknologi er allerede kommercielt anvendt til backup af telemastetårne (hvor dieselgeneratorer erstattes af emissionsfri aluminium-luft-systemer) evreporter.com, og de arbejder sammen med bilproducenter som Mahindra om integration i køretøjer (f.eks. testflåder af elektriske rickshaws og busser, der bruger aluminium-luft for øget rækkevidde) evreporter.com. Phinergys fremskridt er afgørende, fordi det er en af de første, der har taget et aluminium-baseret batteri ud af laboratoriet og ind i praktiske feltanvendelser.
- Lyten: Lyten er en Silicon Valley-startup (baseret i San Jose, Californien), som har været i stealth-mode i flere år for at udvikle et lithium-svovl-batteri forbedret med et proprietært 3D grafenmateriale. De er for nylig trådt frem med store nyheder: I oktober 2024 annoncerede Lyten planer om at bygge verdens første lithium-svovl-batteri-gigafabrik i Nevada med en investering på over 1 milliard dollars lyten.coml. Anlægget forventes at producere 10 GWh Li-S-batterier årligt inden 2027 lyten.com. Dette dristige skridt indikerer tillid til, at deres teknologi er tæt på at være klar til masseproduktion. Lytens første målmarkeder er ikke personbiler, men mikromobilitet, rumfart, droner og forsvar i 2024–2025 lyten.com – områder hvor den høje energitæthed i Li-S giver en afgørende fordel, og hvor en lidt lavere cykluslevetid kan være acceptabel. Virksomheden fremhæver batteriernes lave vægt og mangel på konfliktmineraler, og faktisk bruger deres celler lithium-metalanoder og svovl-kulstof-kompositkatoder, hvilket undgår nikkel, kobolt osv. lyten.com. Lytens CEO, Dan Cook, sagde “Lithium-sulfur is a leap in battery technology, delivering a high energy density, light weight battery built with abundantly available local materials” lyten.com. De har endda fremstillet pilotbattericeller internt siden 2023 for at teste og forfine produktionsprocessen lyten.com. Hvis Lytens gigafabrik lykkes, kan det blive en game-changer – de første kommercielle Li-S-batterier produceret i stor skala, potentielt til brug i næste generations elektriske fly eller langtrækkende elektriske lastbiler, hvor hver eneste pund tæller. Theion: Theion er en startup baseret i Berlin, Tyskland, der fokuserer på lithium-svovl-batterier med et twist – de bruger krystallinsk svovl og specielle elektroder for at forbedre stabiliteten. I marts 2025 rejste Theion 15 millioner euro i en Series A-investeringsrunde for at opskalere deres battericeller reuters.com. Theion hævder, at deres celler kan tredoble energitætheden i forhold til lithium-ion, samtidig med at omkostningerne reduceres til en tredjedel, som nævnt tidligere reuters.com. De har angiveligt løst nøgleproblemer ved at forud-udvide katoden for at imødekomme svovlets udvidelse og ved at holde svovlet i en krystallinsk form, der er mindre reaktiv med elektrolytter reuters.com. CEO Ulrich Ehmes har udtalt, at deres teknologi kan finde anvendelse i el-biler, “flyvende taxaer” eller energilagring, og potentielt være i biler i slutningen af 2020’erne reuters.com. Theions tilgang har vakt opmærksomhed, fordi den ikke er afhængig af eksotiske materialer – de fremhæver, at deres batterier “ånder” mindre og ikke korroderer som tidligere Li-S. Investeringen vil hjælpe dem med at udvikle større pouch-celler og komme videre fra møntcelle-prototyper reuters.com. Tysklands interesse for svovlbatterier stemmer også overens med Europas bestræbelser på at have hjemmeavlede, bæredygtige batteriteknologier.
- Argonne National Laboratory & U.S. DOE: Inden for offentlig forskning har Argonne (sammen med andre laboratorier under det amerikanske energiministerium som Oak Ridge og Pacific Northwest) været aktivt involveret i forskning i svovlbatterier. Vi diskuterede Argonnes gennembrud inden for interlayer-design til Li-S-celler anl.gov. De undersøger også solid-state svovlbatterier i partnerskab med NASA til luftfart. DOE’s Vehicle Technologies Office har finansieret flere projekter om Li-S, Mg-S og endda Li-Air og Al-Air, idet de anerkender den strategiske betydning af næste generations kemier. Nationale laboratorier samarbejder ofte med universiteter (f.eks. arbejdede Argonne sammen med et team, der inkluderede University of Illinois om svovl-interlayers) og deler resultater, som startups kan bygge videre på. For eksempel stammer meget af forståelsen af polysulfid-adfærd og avanceret karakterisering (ved brug af værktøjer som Argonnes Advanced Photon Source til røntgenanalyse af batterier anl.gov) fra disse laboratorier.
- Andre bemærkelsesværdige: Universiteter som Monash University (Australien) skabte overskrifter i 2020 med et Li-S-batteri, der angiveligt kunne drive en smartphone i fem dage og viste fremragende stabilitet via en ny binder- og elektrodedesign advancedsciencenews.com. Monash har siden arbejdet på hurtigopladelige Li-S-batterier med henblik på elektrisk luftfart monash.edu. I Storbritannien var det nu lukkede Oxis Energy en pioner inden for Li-S; før lukningen i 2021 havde Oxis udviklet Li-S-celler tæt på 400 Wh/kg og samarbejdede med flyproducenter. Dets IP blev overtaget af andre aktører, hvilket muligvis informerer nye projekter. Kinesisk akademia og industri er ekstremt aktive – institutioner som det Kinesiske Videnskabsakademi, Wuhan University of Technology (som var medforfatter på Sadoways Al-S-artikel news.mit.edu), og virksomheder som CATL udforsker svovl- og aluminiumkemi, selvom detaljerne nogle gange holdes hemmelige. Selv Teslas Battery Day i 2020 antydede interesse for svovl (Elon Musk jokede om, at Tesla forskede i “lithium og svovl” uden at uddybe, muligvis til langsigtede projekter). Endelig kigger NASA og Boeing på Li-S til fly: NASAs SABERS-projekt har et flerlaget svovlbatteri, der nåede 500 Wh/kg, hvilket kan muliggøre elektriske fly eller avancerede droner businessaviation.aero.
Det er tydeligt, at et globalt økosystem af innovatører driver aluminium- og svovlbatterier fremad – fra små startups til hæderkronede nationale laboratorier. De næste par år (2025–2030) vil sandsynligvis se nogle af disse indsatser bære frugt i form af rigtige produkter og pilotprojekter.
Gennembrud og nylige innovationer (2024–2025)
Perioden 2024 til 2025 har været særligt spændende for udviklingen af aluminium- og svovlbatterier, med flere bemærkelsesværdige gennembrud:
- Jan 2024 – Aluminium-svovl ved 85 °C (Nature Communications): Forskere demonstrerede et nyt aluminium–svovl-batteri, der fungerer ved 85 °C med en kvaternær smeltet salt-elektrolyt, offentliggjort i Nature Communications nature.com. Dette batteri viste hurtig opladningsevne og overraskende lang levetid: det bevarede 85,4 % af sin kapacitet efter 1.400 cyklusser ved 1C opladningshastighed nature.com. Vigtigt er det, at 85 °C er en stor forbedring i forhold til tidligere smeltet-salt-batterier, der krævede 110–180 °C nature.com. Holdet opnåede dette ved at formulere en særlig blanding af salte (alkali-chloroaluminater) med et lavt smeltepunkt, hvilket også lettede hurtig aluminium-ion-bevægelse nature.com. De brugte også en nitrogendopet porøs kulkatode, der hjalp svovlreaktionerne med at forløbe hurtigt nature.com. Dette resultat er betydningsfuldt, fordi det peger mod praktiske, lavpris netbatterier, der kunne fungere med simpel opvarmning (selv blot varmt vand som varmekilde, som forfatterne bemærker nature.com) og levere hurtig opladning uden nedbrydning. Det er et skridt mod at gøre MIT Al-S batterikonceptet mere brugervenligt og mobilt.
- Okt 2024 – Lyten annoncerer Li-S Gigafactory: Lyten’s annoncering af en lithium-svovl batteri-gigafabrik i Nevada var en stor brancheoverskrift i slutningen af 2024 lyten.com. Den er planlagt til at blive den første i verden gigafabrik dedikeret til Li-S celler, med et mål om 10 GWh/år produktion i 2027 lyten.com. Endnu mere bemærkelsesværdigt var, at Lyten udtalte, at deres Li-S batterier allerede er på vej ind på udvalgte markeder i 2024 og 2025 – specifikt har de kunder inden for mikromobilitet (elcykler, løbehjul), rumfart (måske satellitter eller højhøjde-droner), droner og forsvarsapplikationer, der bruger deres batterier lyten.com. Dette antyder, at Lyten er gået fra laboratorieprototyper til pilotproduktion og faktisk brug i felten inden for disse nicher. Beslutningen om at bygge en stor fabrik indikerer tillid til at kunne skalere teknologien og at efterspørgslen vil materialisere sig. Det er også et stort signal til batteriindustrien og investorer om, at lithium-svovl nærmer sig klarhed til bred anvendelse. Vi kan snart se produkter, der reklamerer med “Li-S batteri indeni”, i det mindste i high-end eller specialiserede applikationer, som følge af dette.
- Mar 2025 – Theion rejser kapital, hævder 3× energi: I marts 2025 rapporterede Reuters, at Theion havde rejst 15 mio. euro for at skalere deres svovlbatteri, som “lagrer mere energi, men koster meget mindre end konventionelle lithium-ion-batterier.” reuters.com Theion afslørede noget af deres tekniske strategi offentligt og sagde, at deres celler har tre gange så høj energitæthed som Li-ion, til en tredjedel af prisen og en tredjedel af CO₂-udledningen, som nævnt tidligere reuters.com. De adresserede de store bekymringer ved at sige, at de undgår hurtig korrosion ved at bruge krystallinsk svovl og håndterer udvidelse ved at forud-udvide katodestrukturen reuters.com. Kapitalen vil hjælpe dem med at gå fra møntceller til større pouch-celler (egnet til elbiler eller fly) reuters.com. Denne udvikling minder om, at ikke kun én, men flere startups (Lyten, Theion, andre) når milepæle og tiltrækker investeringer, hvilket øger sandsynligheden for, at mindst én vil få kommerciel succes. Det minder lidt om de tidlige dage med lithium-ion, hvor flere virksomheder og lande deltog i kapløbet – her har vi amerikanske og europæiske aktører, der satser på svovlbatterier samtidig.
- 2023 – 2024 – Løsning af svovlcyklusens livspuslespil: Gennem 2023 og ind i 2024 offentliggjorde flere forskergrupper fremskridt i at forlænge levetiden for svovlbatterier. Et højdepunkt var det Argonne-ledede studie (offentliggjort august 2022 i Nature Communications), der demonstrerede, at et redox-aktivt mellemlag dramatisk kan forbedre Li-S-batteriets stabilitet anl.gov. I begyndelsen af 2023 rapporterede de, at denne tilgang giver celler, der bevarer høj kapacitet over hundredvis af cyklusser anl.gov, og bringer Li-S tættere på at være levedygtig til daglig brug. I midten af 2024 rapporterede et andet team om et foldbart, fleksibelt Li-S-batteri med en særlig jernsulfid-katode, der endda kunne modstå at blive skåret uden at fejle acs.org – en ny løsning til bærbar eller fleksibel elektronik med Li-S. Disse trinvise innovationer er vigtige: de adresserer de praktiske problemer (som polysulfid-håndtering, mekaniske belastninger osv.) ét ad gangen. Hver forbedring bringer Li-S-celler tættere på at opfylde de strenge krav fra kommerciel elektronik og køretøjer.
- 2024 – Forskning og udvikling i aluminiumbatterier tager fart: På aluminiumsfronten så man også interessant forskning i slutningen af 2024. Forskere undersøgte nye katodematerialer til aluminium-ion-batterier, såsom koboltsulfid, for at opnå højere kapacitet og bedre forståelse af oplagringsmekanismer for ladning nature.com. Der er en voksende mængde arbejde med “multivalente” batterier (inklusive Al, Mg, Zn), som ofte deler udfordringer og gennembrud – for eksempel kan forbedrede elektrolytter, der hjælper ét system, nogle gange anvendes på et andet advanced.onlinelibrary.wiley.com. Vi ser også lande som Indien investere i aluminiumbatteriteknologi, ikke kun via Phinergys aluminium-luft, men også i akademisk forskning for at skabe et genopladeligt aluminiumbatteri egnet til indiske forhold (med regeringen, der finansierer projekter under sin nationale energilagringsmission). Selvom disse endnu ikke har skabt globale overskrifter, bidrager de til en fremdrift, der opbygges omkring aluminiumbatterier verden over.
- Politiske og Markedssignaler: Gennembrudshistorierne handler ikke kun om teknik. I 2024–2025 ser vi stærke markedssignaler, der understøtter disse nye batterier. Den amerikanske regerings Inflation Reduction Act (IRA) og andre politikker fremmer indenlandske batteriforsyningskæder – hvilket gavner kemier, der kan produceres med lokalt fremskaffede materialer som svovl (USA producerer meget svovl fra olieraffinering) og aluminium. Lytens gigafabrik i Nevada og det amerikanske forsvarsministeriums interesse for letvægts Li-S batterier til soldater eller satellitter er resultater af disse incitamenter lyten.com. I Europa gør fokus på bæredygtighed et kobolt- og nikkelfrit batteri meget attraktivt, derfor EU-finansiering til projekter som Theion og andre. Selv i Kina, hvor lithium-ion produktion dominerer, har der været statsstøttede programmer for “næste generations” batterier (for eksempel arbejder CATL angiveligt på et natrium-ion + svovl hybridbatteri til lancering omkring 2023/24 til stationær lagring). Alle disse tendenser indikerer, at tiden er moden for aluminium- og svovlbatterier – verden leder efter løsninger, og teknologien er ved at indhente disse behov.
Essensen er, at de sidste to år har forvandlet aluminium- og svovlbatterier fra en niche-labkuriositet til seriøse kandidater til fremtidens energilagring. Som en forsker rammende sagde, “Vi er et skridt tættere på at se denne teknologi i vores hverdag.” anl.gov Den trin-for-trin fremgang er præcis det, der sker nu, og det næste skridt vil være bredere kommercialisering og opskalering af disse innovationer.
Potentielle Anvendelser og Indvirkning på Ren Energi og Elbiler
Fremkomsten af aluminium- og svovlbatterier kan påvirke en bred vifte af sektorer. Her er nogle af de mest lovende anvendelser og deres implikationer:
- 🏠 Vedvarende energilagring (net og hjem): Måske den største kortsigtede effekt vil være inden for stationær energilagring til ren energi. En af de store udfordringer ved vedvarende energi (sol, vind) er intermittens – solen og vinden er ikke tilgængelige døgnet rundt, så vi har brug for enorme, økonomiske batterier til at lagre energi, når de ikke producerer. Lithium-ion-batterier er begyndt at blive brugt til netlagring, men de er stadig relativt dyre og afhængige af importerede materialer. Aluminium-svovl- og natrium-svovl-batterier, med deres meget billige komponenter, kunne drastisk reducere omkostningerne ved at lagre en kilowatt-time. MIT’s Sadoway har specifikt rettet sig mod hjemme- og nabolagsskalaen med sit Al-S-batteri – “den størrelse, der er nødvendig for at forsyne et enkelt hjem eller en lille til mellemstor virksomhed” (i størrelsesordenen titals kWh) news.mit.edu. Sådanne batterier ville gøre det muligt for husejere med solceller på taget at lagre energi fra dagtimerne til brug om natten billigt, eller for små virksomheder at have backup-strøm uden en dieselgenerator. I større skala kunne forsyningsselskaber installere enorme banker af aluminium- eller natrium-svovl-batterier for at udjævne produktionen fra vedvarende energi. Universitetet i Sydneys team bemærkede, at deres billige Na-S-batteri kunne “betydeligt reducere omkostningerne ved overgangen til en afkarboniseret økonomi” ved at levere overkommelig lagring sydney.edu.au. I områder uden geografi til pumpet vandkraftlagring er disse elektrokemiske løsninger nøglen. Derudover, da disse nye batterier er ikke-brændbare (vigtigt for samfundets sikkerhed) og bruger rigelige materialer, kan de produceres og installeres lokalt i mange regioner – hvilket øger energisikkerheden. Overordnet set vil udbredt anvendelse af stationære aluminium/svovl-batterier muliggøre højere andel af vedvarende energi, reducere spild (spildt sol/vind på grund af manglende lagring) og hjælpe med at stabilisere elnettet med ren, fleksibel strøm.
- 🚗 Elektriske køretøjer (EV’er): Lettere og mere energieffektive batterier er den hellige gral for EV’er og endda elektrisk luftfart. Lithium-svovl-batterier er særligt attraktive her. Et Li-S-batteri kunne dramatisk forlænge rækkevidden for en EV uden at tilføje vægt – eller omvendt muliggøre samme rækkevidde med et meget lettere batteri, hvilket forbedrer effektiviteten. For eksempel, hvis en EV i dag har brug for et 600 kg Li-ion-batteri for 300 miles rækkevidde, kunne et Li-S-batteri med dobbelt energitæthed opnå det med ~300 kg, hvilket markant reducerer køretøjets vægt. Dette forbedrer acceleration, håndtering og reducerer energiforbruget pr. mile. Det kunne også gøre elektriske lastbiler og busser mere levedygtige ved at frigøre nyttelast. Virksomheder som Oxis Energy (før de lukkede) og Sion Power arbejdede sammen med luftfarts- og bilpartnere om Li-S prototypebatterier til langdistancefly og EV’er. Faktisk drev Sion Powers tidligere Li-S-celler en High Altitude Pseudo-Satellite (et ubemandet solfly) til at slå varighedsrekorder for flyvning i 2010’erne. For nylig har NASA og Airbus set på Li-S som en af de eneste måder at opnå de nødvendige 500 Wh/kg til praktiske elektriske passagerfly businessaviation.aero – deres SABERS-projekts succes antyder regionale elektriske fly på vej, der bruger svovlbatterier. Elektriske flyvende taxaer og droner ville ligeledes have fordel; Theion nævnte eksplicit flyvende køretøjer som et mål reuters.com. Ud over Li-S har selv aluminium-luft-batterier en rolle i EV’er: de kunne fungere som et rækkeviddeforlænger-modul, som du aktiverer til lange ture. Forestil dig en EV med et lille Li-ion-batteri til daglig pendling og et aluminium-luft “hjælpebatteri”, som du kun fylder op (udskifter aluminium) når du tager på en 1.000 km lang biltur. Sådanne hybride batteriarkitekturer overvejes i projekter af Indian Oil/Phinergy og andre. Vi skal bemærke, at almindelige EV’er ikke skifter til en helt ny kemi fra den ene dag til den anden – sikkerhed, levetid og lynopladning skal bevises – men i slutningen af 2020’erne er det sandsynligt, at high-end modeller eller specialkøretøjer kan komme med næste generations batterier. Hvis de gør, kan det løfte EV-ydeevnen til nye højder (500+ miles rækkevidde, meget hurtig opladning, lettere biler) og reducere afhængigheden af kritiske mineraler, hvilket muliggør EV-udbredelse i større skala uden ressourceflaskehalse.
- 📱 Bærbar elektronik og wearables: Din fremtidige smartphone eller bærbare computer kunne også få glæde af svovl- eller aluminiumbatterier, selvom disse anvendelser kræver lang cykluslevetid og lav selvafladning (områder hvor Li-ion i øjeblikket udmærker sig). Et lithium-svovl-batteri kunne få din telefon til at holde i flere dage mellem opladninger – husk Monash Universitys koncept om en telefon, der holder 5 dage på et Li-S batteri advancedsciencenews.com. Vægtreduktionen er mindre kritisk for en telefon, men energitætheden er vigtig. En udfordring her er, at forbrugerelektronik forventer hundredvis af cyklusser og flere års levetid; Li-S skal forfines yderligere for at opfylde dette. Alligevel kan vi måske se niche-gadgets eller wearables tage dem i brug, hvis de giver fordele i formfaktor. Aluminiumbatterier, især de fleksible designs som Stanfords, kunne muliggøre foldbare eller rullbare gadgets. For eksempel kunne et aluminium-ion-batteri, der er fleksibelt, integreres i remmen på et smartwatch eller i smart tøj. Da Al-ion også kan gøres meget sikkert (ingen brandrisiko), kunne de bygges ind i enheder uden store beskyttende kabinetter, måske endda muliggøre mere kreativ industriel design. Dette er spekulativt, men efterhånden som produktionen forbedres, kunne forbrugerelektronik blive et vigtigt marked (det var det trods alt for lithium-ions indledende vækst i 1990’erne).
- ⚡ Lynopladningsinfrastruktur: En mindre åbenlys, men vigtig anvendelse er at bruge disse nye batterier til at muliggøre lynopladning af elbiler og stabilisere elnettet. Som professor Sadoway påpegede, hvis mange elbiler forsøger at lade op på én gang (som flere biler ved en rasteplads), stiger strømforbruget til et niveau, elnettet ikke let kan levere news.mit.edu. I stedet for at opgradere elnettet er det smartere at installere en batteribuffer ved ladestationerne – batteriet oplades langsomt fra nettet og kan derefter hurtigt afgive strøm til bilerne, når det er nødvendigt. For sådanne bufferbatterier er pris og sikkerhed altafgørende, og vægten er mindre vigtig. Det gør aluminium-svovl eller natrium-svovl til ideelle kandidater. De står på stedet, lagrer energi billigt, kan ikke brænde, og kan afgive strøm hurtigt. Sadoway nævnte specifikt, at Al-S systemer kunne “eliminere behovet for at installere dyre nye elledninger” til klynger af lynladere news.mit.edu. Grundlæggende kan disse batterier fungere som støddæmpere for elnettet, opsuge overskudsenergi og frigive den efter behov, uanset om det er til elbilopladningstoppe eller for at balancere udsving i vedvarende energiproduktion.
- 🏭 Industriel og kommerciel backup: Ligesom telekomtårne bruger aluminium-luft til backup-strøm, kunne andre industrier og kommercielle faciliteter bruge aluminium- eller svovlbatterier for at sikre pålidelighed og reducere afhængigheden af dieselgeneratorer. Datacentre, for eksempel, efterspørger batterier, der er sikre, har lang standby-levetid og er omkostningseffektive i stor skala – man kan forestille sig natrium-svovl-batterirum, der erstatter de lithium-ion- eller blysyrebatteribanker, der i øjeblikket bruges til UPS (uafbrudt strømforsyning). På fjerntliggende eller off-grid steder er billige batterier, der ikke kræver hyppig udskiftning, ekstremt værdifulde (færre vedligeholdelsesture). Aluminium-svovlbatterier, der forventes at være meget billige pr. kWh, kunne muliggøre mikronet i landdistrikter eller øsamfund, kombineret med sol/vind, for at levere strøm døgnet rundt uden at sprænge budgettet.
- 🚀 Rumfart og forsvar: Den høje ydeevne for disse batterier er naturligt attraktiv for rumfarts- og forsvarsapplikationer. Som nævnt har satellitter og højtflyvende droner (pseudo-satellitter) med succes brugt Li-S på grund af dens lave vægt og gode ydeevne ved lave temperaturer (rumbatterier kører ofte koldt). Det amerikanske militær er interesseret i lettere batterier til soldater (for at reducere byrden ved at bære mange kilo Li-ion-batterier) – et svovlbatteri kunne dramatisk lette den byrde. Derudover, da svovlbatterier ikke har iltfrigivende forbindelser (i modsætning til Li-ion, som kan frigive O₂ ved termisk runaway), kan de være sikrere i lukkede miljøer som ubåde eller rumfartøjer. Aluminium-luft kunne fungere som en undervandsstrømkilde til langvarige ubemandede ubåde, hvor genopfyldning med aluminium er mulig. Forsvarssektoren fungerer ofte som tidlig adopter af banebrydende teknologi, der senere breder sig, så deres investering i aluminium- og svovlbatteriteknologi kan fremskynde udviklingen. Faktisk antyder Lytens indledende engagementer i 2024–25 med rum-, drone- og forsvarsmarkederne, at forsvarskontrakter er med til at bevise teknologien lyten.com før bredere forbrugerbrug.
I alle disse anvendelser er den overordnede effekt at muliggøre den grønne omstilling hurtigere og mere effektivt. Ved at sænke batteriomkostningerne og frigøre os fra lithium-ions forsyningskæde, kunne aluminium- og svovlbatterier gøre elbiler mere overkommelige for flere mennesker (kritisk for at afkarbonisere transport), gøre vedvarende energi mere pålidelig og udbredt (kritisk for at afkarbonisere elproduktion), og endda skabe nye muligheder som elektrisk flyvning. De har også miljømæssige fordele i brug: f.eks. ved at erstatte diesel-backupgeneratorer med aluminium-luft- eller natrium-svovlbatterier reduceres lokal luftforurening og CO₂-udledning. Hvis teknologien lever op til sit løfte, kunne verden se billigere elbiler, mere robuste grønne elnet og en reduktion i minedrift af sjældne metaller – en positiv spiral for både økonomien og miljøet.
Økonomiske og miljømæssige konsekvenser
Fra et økonomisk perspektiv kan aluminium- og svovlbatterier være forstyrrende på den bedst mulige måde: ved at sænke omkostningerne ved energilagring og diversificere forsyningskæden. Et batteri udgør en betydelig del af prisen på en elbil eller et vedvarende energisystem, så billigere batterier betyder billigere produkter og hurtigere udbredelse. Analytikere har bemærket, at materialer som aluminium og svovl koster en brøkdel af lithium, nikkel eller kobolt. For eksempel anslog et estimat, at materialeomkostningerne for aluminium-svovlceller kun er ~15% af en tilsvarende lithium-ion-celle news.mit.edu. Hvis disse besparelser overføres til produktionen, kan vi se batteripriser (pr. kWh) falde langt under den nuværende lithium-ion-læringskurve. Billig lagring kan så drive økonomisk vækst ved at muliggøre nye forretningsmodeller (som flere solcelleparker, fælles lagringsprojekter osv.) og ved at reducere energiomkostningerne for forbrugerne (forestil dig at oplade dit hjemmebatteri hver eftermiddag med solenergi og aldrig betale spidsbelastningspriser til elnettet).
Der er også en geopolitisk vinkel: Lithium-ion-produktion er i dag stærkt koncentreret (med Kina som dominerende inden for celleproduktion og lande som DRC, der leverer nøglemineraler). Aluminium smeltes dog over hele verden (og genanvendelse giver også en lokal kilde), og svovl er allestedsnærværende. Mange lande, der ikke har lithiumressourcer, har stærke aluminiumindustrier (f.eks. Indien, som vi så med IOC Phinergy). Så aluminiumbaserede batterier kan gøre det muligt for flere nationer at opbygge indenlandske batteriindustrier uden at være afhængige af importeret lithium eller kobolt. Denne diversificering kan reducere globale forsyningskæderisici og gøre overgangen til elektrisk mobilitet og vedvarende energi mere robust over for mangler eller politisk ustabilitet. I Nevada er den planlagte Lyten-fabrik et eksempel – brugen af amerikansk-skaffet svovl og samling af batterier lokalt lyten.com stemmer overens med politikker om at hjemtage batteriforsyningen og skabe lokale arbejdspladser (de forventer 1.000 jobs ved fuld kapacitet på den ene fabrik lyten.com).
På miljøsiden tilbyder disse batterier flere fordele:
- Lavere CO₂-aftryk: Fremstilling af batterier er energikrævende, men svovl- og aluminiumbatterier kan fremstilles med mindre eksotisk forarbejdning. Raffinering af kobolt og nikkel er særligt CO₂-tungt. Ved at udelade disse kan producenterne sænke CO₂-udledningen pr. kWh batteri. Theion hævdede en 2/3-reduktion i CO₂-aftryk for deres svovlbatterier sammenlignet med Li-ion reuters.com. Desuden kan svovl skaffes som et affaldsprodukt (praktisk talt ingen ekstra CO₂-omkostning for at få det), og genanvendelse af aluminium bruger kun ~5% af energien i forhold til primær aluminiumproduktion – så brug af genanvendt aluminium i batterier vil markant reducere deres indlejrede energi.
- Genbrug og slutning af levetid: Aluminium er allerede et af de mest genanvendte materialer (tænk på aluminiumsdåser). Der findes en infrastruktur til at smelte skrotaluminium om og genbruge det. Hvis aluminiums-metalbatterier bliver almindelige, kan man forestille sig, at brugte aluminiumsanoder rutinemæssigt bliver indsamlet og genanvendt med høj effektivitet – en cirkulær økonomi for batterimetallet. Svovl kan i en batterisammenhæng være sværere at genanvende direkte fra celler (især hvis det er bundet i forbindelser), men da det er billigt og ikke-giftigt, er det ikke en lige så stor miljøfare, selv hvis det ender på losseplads, som f.eks. bly eller cadmium i ældre batterier. Forskere kan finde måder at genvinde svovl eller omdanne affaldssvovl fra batterier til nyttige kemikalier (svovl bruges f.eks. også i gødning). Manglen på tungmetaller i disse batterier betyder mindre giftigt elektronikaffald hvis de bortskaffes forkert, og ideelt set nemmere håndtering på genbrugsanlæg.
- Reduceret minepåvirkning: Udvindingen af lithium, kobolt og nikkel har betydelige miljømæssige og sociale konsekvenser – fra vandforbrug ved lithiumudvinding fra saltlage, til ødelæggelse af levesteder og forurening omkring nikkelminer, til børnearbejde i nogle koboltminer. Ved at reducere eller eliminere behovet for disse materialer kan aluminium- og svovlbatterier mindske disse belastninger. Aluminium er ikke uden påvirkning (bauxitudvinding og aluminiumsproduktion har deres egne problemer som rødslamaffald og højt elforbrug), men disse processer er velregulerede i mange lande, og teknologien forbedres (f.eks. inerte anoder til aluminiumsproduktion for at reducere emissioner). Og igen, genanvendelse af aluminium mindsker behovet for ny minedrift betydeligt. Svovlforbruget handler mest om at genanvende et eksisterende biprodukt – det kan faktisk løse et problem (kæmpe svovllagre) i stedet for at skabe et.
- Sikkerhed og sundhed: Batteribrande har været et problem med lithium-ion, da brændende Li-ion frigiver giftige dampe og kan forårsage brande, der er svære at slukke (som nogle elbilbrande har vist). Ikke-brændbare batterier betyder færre brandhændelser, hvilket er en sikkerhedsgevinst for samfundet. Det betyder også sikrere håndtering af batterier under transport og på skrotpladser. For eksempel udgør skrottede elbiler med Li-ion-batterier en brandrisiko, hvis de beskadiges; en elbil med et aluminium-svovl-batteri kan være meget sikrere at skille ad. Ligeledes i forbrugerenheder – færre enheder, der eksploderer eller bryder i brand (tænk på de berygtede telefonbatteribrande), er gavnligt for folkesundheden og tilliden til batteriteknologi.
- Ren backup-strøm: I områder, der i øjeblikket er afhængige af dieselgeneratorer til backup eller fjernstrøm (øer, nødhjælpscentre, telemasttårne), vil udskiftning med aluminium-luft- eller natrium-svovlbatterier eliminere forbrænding af diesel, hvilket betyder ingen drivhusgasudledning, ingen partikelforurening og ingen støj. Dette er en direkte miljø- og livskvalitetsforbedring. For eksempel vil telemasttårne, der kører på aluminium-luft i Indien, producere nul lokale emissioner, mens dieselgeneratorer bidrager til luftforurening og CO2-udledning.
Alt i alt har aluminium- og svovlbatterier potentiale til at demokratisere energilagring – gøre det så billigt og miljøvenligt, at vi kan bruge batterier overalt, hvor vi har brug for dem, for at muliggøre en ren energifremtid. De vil ikke være en universalløsning (vi vil sandsynligvis have en blanding af batteriteknologier i brug), men deres indtog på markedet kan presse priserne ned og tvinge alle batteriproducenter til at forbedre bæredygtigheden.
Selvfølgelig er økonomisk succes for disse batterier ikke garanteret; de skal bevise, at de kan produceres billigt og fungere pålideligt i stor skala. Men de seneste investeringer og prototypers succeser er meget opmuntrende. Hvis de lykkes, er udbyttet ikke kun billigere elbiler eller bedre gadgets – det er en meningsfuld reduktion af miljøbelastningen fra vores batteriforbrug og et løft til de globale afkarboniseringsindsatser.
Konklusion: En lys fremtid drevet af almindelige grundstoffer
Aluminium- og svovlbatterier, der engang blev betragtet som outsider-teknologier, er hurtigt på vej mod kommerciel virkelighed. Disse batterier eksemplificerer en overbevisende idé: brug simple, rigelige ingredienser til at løse komplekse energiproblemer. I de seneste par år har fremskridt inden for kemi og materialeforskning bragt denne idé meget tættere på realisering. Vi har nu prototype aluminium-svovl-celler, der kan lynoplades på få minutter og køre i tusindvis af cyklusser nature.com, lithium-svovlbatterier, der når energitætheder, man kun kunne drømme om for ti år siden reuters.com, og endda aluminium-luft-systemer, der er begyndt at levere ren energi i praksis evreporter.com.
Overgangen væk fra vores afhængighed af sjældne metaller og dyre importvarer og hen imod batterier lavet af “bund-udsalg”-elementer som Al og S, kan omforme batteriindustrien på samme måde, som silicium gjorde for elektronikindustrien – hvilket muliggør enorm skalering og omkostningsreduktion. Som Sadoway bemærkede, har disse nye batterier “alt det andet, du kunne drømme om, at et batteri skulle have: billige elektroder, god sikkerhed, lynhurtig opladning, fleksibilitet og lang levetid” news.stanford.edu. Der er stadig udfordringer, der skal løses, men retningen er klar.
I de kommende år kan vi forvente at høre om pilotprojekter (måske et solcelleanlæg i Californien, der bruger MIT’s aluminium-svovl-celler, eller en drone drevet af et Lyten Li-S-batteri, der sætter udholdenhedsrekorder). Når produktionen øges, bør omkostningerne falde yderligere, og eventuelle resterende tekniske udfordringer – hvad enten det er levetid eller driftstemperatur – vil sandsynligvis blive løst af den intense forskning, der i øjeblikket foregår over hele verden.
For den brede befolkning kan effekten mærkes på subtile, men vigtige måder: en elbil, der er billigere og kører længere, en smartphone, der holder strøm hele weekenden, et nabolag, der holder lyset tændt med et batteri, når et stormvejr slår elnettet ud – velvidende at alt dette sker med materialer, der er lige så almindelige som aluminiumsfolie og havegødning (svovl). Verdens appetit på batterier vokser kun, og aluminium- og svovlteknologier sikrer, at vi kan dække dette behov på en bæredygtig måde.
Som en af de forskere, der er involveret i udviklingen af disse batterier, optimistisk udtalte, “Disse resultater demonstrerer … en enorm indflydelse på [batteri]udviklingen. Vi er et skridt tættere på at se denne teknologi i vores hverdag.” anl.gov Fremtiden, hvor vores liv drives af aluminium og svovl – to af Jordens mest beskedne grundstoffer – er nu tydeligt i horisonten. Revolutionen inden for energilagring er i gang, og den bygges på fundamentet af almindelig kemi, innovativ ingeniørkunst og det presserende behov for en renere, billigere energifremtid.
Kilder: Oplysningerne og citaterne i denne rapport er hentet fra nylige troværdige kilder, herunder fagfællebedømte studier, universitets-pressemeddelelser, industrinyheder og Reuters-rapporter. Centrale referencer inkluderer MIT News om aluminium-svovl-batteriet news.mit.edu, Argonne National Labs gennembrud inden for lithium-svovl anl.gov, Reuters’ dækning af Theion og Lytens udvikling reuters.com, lyten.com, og interviews med brancheledere (f.eks. Phinergys CEO om aluminium-lufts fordele evreporter.com). Disse og andre henvisninger gennem teksten giver detaljeret dokumentation for de fremsatte påstande.
- Polysulfid-shuttle og katodeforringelse (Svovlproblemer): I lithium-svovl og andre svovlkatodebatterier har det berygtede polysulfid-shuttle-problem været en showstopper. Når batteriet cykler, gennemgår svovl mellemliggende stadier, der kan opløses i elektrolytten og vandre til anoden, hvilket forårsager selvafladning, tab af aktivt materiale og endda skadelige reaktioner med anoden anl.gov. Dette fører til hurtig kapacitetsfald. Desuden har svovlkatoder en tendens til at svulme op og trække sig sammen betydeligt (op til ~80% volumenændring), når de omdannes til lithiumsulfid og tilbage igen reuters.com. Denne “vejrtrækning” kan med tiden pulverisere katoden eller få den til at løsne sig fra strømsamlerne. Selvom nye strategier (som at tilføje beskyttende mellemlag anl.gov, bruge nanostrukturerede karbonværter eller solide elektrolytter) har afhjulpet disse problemer, er det stadig en stor udfordring at sikre, at et svovlbatteri kan holde til hundreder af cyklusser under virkelige forhold.
- Dendritter og belægningsproblemer (Metalanoder): Aluminium-metalanoder, ligesom andre metalanoder, kan danne dendritter (tynde, ledende filamenter) under genopladning, hvilket risikerer at kortslutte cellen. Faktisk var en væsentlig grund til, at aluminiumbatterier længe mislykkedes, at ingen kunne få belægning/afstripning af aluminium til at gentage sig pålideligt – det dannede ofte et “mosset” depositum eller blev deaktiveret ved at danne en overfladeoxid. De ioniske væsker og smeltede saltelektrolytter har gjort meget for at “tæmme” dette problem (med et hold, der rapporterede, at deres smeltede salt-Al-batteri “aldrig mistede celler på grund af dendritkortslutning” i hurtigopladningstest news.mit.edu). Men hvis en mere konventionel elektrolyt blev brugt, kunne dendritter eller sidereaktioner med aluminiums oxidbelægning være problematiske. Tilsvarende, hvis lithium-metal bruges som anode i svovlbatterier (almindeligt i Li-S-designs), opstår lithiumdendritter og sikkerhedsproblemer, især hvis der bruges flydende elektrolytter. Forskere kombinerer ofte Li-S med beskyttende membraner eller solid-state-designs for at forhindre lithiumdendritter.
- Lav driftspænding og energieffektivitet (aluminium-ion): Aluminium-ion-batterier, især dem der bruger interkalation (f.eks. grafitkatoder), har typisk en lavere celles spænding end Li-ion. Stanfords berømte aluminium-ion-celle producerede omkring 2,0 volt news.stanford.edu, mens en lithium-ion-celle er ~3,7 V nominelt. Dette skyldes delvist kemien i Al³⁺-interkalation og begrænsninger i elektrolytten. Lavere spænding betyder, at du skal bruge flere celler i serie (hvilket tilføjer kompleksitet og noget energitab) for at opnå den ønskede batteripakkespænding. Der er også problemet med multivalente ioner som Al³⁺, der har træge kinetikker i faste stoffer – det er sværere at flytte en +3 ladet ion end en +1 ion som Li⁺, så det kan være svært at opnå høj effekt, medmindre temperaturen hæves eller der bruges specielle elektrolytter nature.com. Nogle Al-batterier fungerer kun godt ved forhøjede temperaturer (60–100 °C), hvilket kan komplicere deres brug i forbrugerelektronik (ingen ønsker et konstant varmt batteri i deres telefon!). Den gode nyhed: innovationer i elektrolytter (som at tilsætte bestemte salte eller bruge nye blandinger) forbedrer aluminium-ion-ledningsevnen ved lavere temperaturer nature.com.
- Temperaturkrav: Som nævnt bruger flere aluminium- og natriumbaserede designs smeltelektrolytter, der skal holdes varme. For eksempel kører MITs aluminium-svovl-batteri optimalt ved omkring 110 °C news.mit.edu, og selv den forbedrede variant kører ved 85 °C nature.com. Selvom dette ikke er brandvarmt efter industrielle standarder, betyder det, at en batteripakke ville have brug for isolering og måske en lille varmelegeme for at holde sig inden for det rette område. Dette er fint til stationær lagring (hvor et køleskabsstort batteri kan have termisk styring), men er en udfordring for bærbare applikationer og elbiler, medmindre varmen kan være selvopretholdende (Sadoways celle selvopvarmes faktisk under cykling for at opretholde temperaturen news.mit.edu). Drift ved høj temperatur kræver også robust forsegling og sikkerhedsovervejelser (dog er fordelen, at der ikke er nogen brandrisiko). Forskere arbejder på at sænke driftstemperaturerne og udforsker endda rumtemperatur-kemier for både Al- og Na-baserede systemer nature.com.
- Opladningsinfrastruktur og “opfyldning” (Al-Air): Noget unikt ved aluminium-luft (og lignende metal-luft-systemer) er, at de ikke kan genoplades ved at sætte dem i en oplader. Du skal udskifte eller genanvende aluminium-anoden, når den er opbrugt. Dette kræver opbygning af en hel infrastruktur til at udskifte aluminiumsplader eller -patroner, indsamle de brugte og genanvende aluminium (sandsynligvis gennem en smelteproces drevet af elektricitet, hvilket i praksis “genoplader” aluminiummet). Indian Oil og Phinergy arbejder aktivt på dette økosystem evreporter.com, men det er et andet paradigme end tankstationer eller ladestationer. Uden bred opbakning kan aluminium-luft forblive en niche. Derudover skal biproduktet fra aluminium-luft (aluminiumhydroxid) håndteres – selvom det kan genanvendes til nyt aluminium eller andre produkter.
- Opskalering af produktion og integration: Lithium-ion-teknologi har et forspring på 30 år med massiv produktionsskala, optimerede forsyningskæder og en veluddannet arbejdsstyrke. Enhver ny batterikemi står over for udfordringen med at gå fra laboratorie- eller pilotskala til gigafabriks-skala. Aluminium- og svovlbatterier kan kræve nye produktionsprocesser (for eksempel håndtering af fugtfølsomme ioniske væsker eller solide elektrolytter, eller nye celledesigns som Theions stablede elektroder). Opskalering uden fejl og til lave omkostninger er ikke trivielt. Der er også spørgsmålet om integration – kan disse nye batterier indsættes i eksisterende enheder eller køretøjer, eller kræver de nye designs? Forskellige spændingsprofiler, formfaktorer eller driftsbetingelser kan betyde, at alt fra batteristyringssystemer til chassisdesign i biler skal ombygges. Disse overgangsomkostninger og usikkerheder kan forsinke udbredelsen.
- Nuværende status (teknologisk parathed): Selvom 2024 og 2025 har budt på store gennembrud (som vi fremhæver næste gang), er mange aluminium- og svovlbatteriteknologier stadig på prototype- eller tidligt kommercielt stadie. Ingen har endnu set den form for masseudrulning, som lithium-ion nyder godt af. For eksempel er lithium-svovlceller først nu ved at komme ind på begrænsede markeder som droner og satellitter, hvor deres korte levetid kan tolereres eller afbødes. Aluminium-svovl og aluminium-ion er i demonstrations- og opskaleringsfasen; ingen elbil eller elnet har endnu en stor enhed i fuld drift. Det betyder, at der stadig er risiko for uforudsete problemer i brug i den virkelige verden (tænk på hvordan Li-ion oplevede hændelser med termisk runaway i starten). Det vil tage tid, investeringer og sandsynligvis flere iterationer, før disse teknologier er lige så pålidelige som de nuværende. Som en skeptisk bemærkning: lithium-ion bliver også bedre hvert år – med nye kemier som lithium-jern-fosfat (LFP) og lithium-metal faststof på vej – så aluminium- og svovlbatterier skal ikke blot fungere, men også konkurrere mod en forbedrende markedsleder.
Sammenfattende har aluminium- og svovlbatterier et enormt potentiale, men de præsenterer også unikke udfordringer. Forskere er åbne om, at der er behov for mere arbejde; som et hold skrev i 2022, på trods af fremskridt, har “Al–S-batterier historisk set haft dårlig ydeevne ved høje strømstyrker og ringe cyklusstabilitet”, hvilket kræver fortsat innovation inden for elektrolytter og elektroder nature.com. At overvinde disse udfordringer er netop det, mange laboratorier og startups fokuserer på lige nu.
Hvem leder an? De vigtigste aktører i udviklingen
Dette spændende felt har en blanding af akademiske laboratorier, startups og industrigiganter, der skubber grænserne. Her er nogle af de mest bemærkelsesværdige aktører og hvad de arbejder på:
- Massachusetts Institute of Technology (MIT) & Avanti: MIT har været et centrum for innovativ batteriforskning. Professor Donald Sadoways gruppe på MIT stod i spidsen for aluminium-svovl-batterikonceptet. Efter at have offentliggjort de banebrydende resultater i Nature i 2022, var Sadoway med til at grundlægge Avanti for at kommercialisere teknologien news.mit.edu. Avantis mål er at opskalere produktionen af aluminium-svovl-celler til stationær lagring og mere. Sadoway er også kendt for at have været med til at grundlægge Ambri, et firma der kommercialiserer flydende metalbatterier (med andre kemier som calcium og antimon). Ambri sigter mod lagring i stor skala til elnettet og blev rapporteret at skulle implementere systemer i 2024 youtube.com. Mellem Ambri og Avanti kan Sadoways innovationer dække alt fra store forsyningsbatterier til mindre batterier til bygninger eller ladestationer til elbiler news.mit.edu. MIT’s indflydelse stopper ikke der – deres forskere undersøger også lithium-svovl i projekter, og instituttet samarbejder ofte med nationale laboratorier og virksomheder om banebrydende batteriteknologi.
- Stanford University & SLAC: Stanford vakte tidligt opsigt inden for aluminium-ion-batterier (prototypen for hurtigopladende Al-ion fra 2015 news.stanford.edu). Dette arbejde, ledet af Prof. Hongjie Dai, viste, at en simpel grafit-katode kunne muliggøre et genopladeligt aluminiumbatteri. Stanford fortsætter med at forske i batterier; for eksempel har SLAC (Stanford Linear Accelerator Lab) undersøgt nye katoder til aluminiumbatterier såsom metalsulfider nature.com, og undersøgt grænsefladekemi for at forbedre cyklussen. Selvom Stanfords opdagelse fra 2015 endnu ikke er blevet til et kommercielt produkt, demonstrerede den muligheden og er blevet citeret af mange efterfølgende studier. Den understregede også Stanfords filosofi om åben forskning, der fører til industriel anvendelse (nogle Stanford-batterialumner er gået til startups eller har dannet deres egne i Bay Areas batteristartup-miljø).
- Graphene Manufacturing Group (GMG) & University of Queensland: I Australien har GMG (i samarbejde med University of Queensland) udviklet et Graphene Aluminum-Ion Battery. De har rapporteret imponerende resultater i møntcelleprototyper – med ekstremt hurtig opladning og lang cykluslevetid – ved at bruge grafen (en form for kulstof) som katodemateriale i en aluminium-ion-konfiguration batteriesnews.com. GMG har haft som mål at opskalere deres teknologi til poseceller, der er egnede til forbrugerelektronik eller elbiler, og i slutningen af 2022 havde de et udviklingsprogram og en pilotproduktionslinje undervejs graphenemg.com. Deres tilgang understreger synergien mellem nano-materialer (grafen) og nye kemier som aluminium-ion for at opnå bedre resultater.
- Phinergy og Indian Oil (IOC): Phinergy er en israelsk startup, der har været pioner inden for aluminium-luft-batterier i over et årti. De blev berømte for at have drevet en demobil med aluminium-luft i 1.100 miles i 2014, og har siden fokuseret på reelle produkter til backup-strøm og rækkeviddeforlængelse til elbiler. Phinergy indgik partnerskab med Indian Oil Corporation for at danne et joint venture (IOC Phinergy), der bringer aluminium-luft-teknologi til det indiske marked – potentielt enormt for et land, der er ivrigt efter at finde alternativer til olie og udnytte sin aluminiumindustri. I begyndelsen af 2023 fremviste IOC Phinergy Indiens første aluminium-luft-drevne køretøj og var i gang med at etablere infrastruktur til pladeproduktion og genanvendelse alcircle.com. Den indiske regering har også vist interesse, da aluminium-luft kan reducere afhængigheden af importeret lithium. Phinergys teknologi er allerede kommercielt anvendt til backup af telemastetårne (hvor dieselgeneratorer erstattes af emissionsfri aluminium-luft-systemer) evreporter.com, og de arbejder sammen med bilproducenter som Mahindra om integration i køretøjer (f.eks. testflåder af elektriske rickshaws og busser, der bruger aluminium-luft for øget rækkevidde) evreporter.com. Phinergys fremskridt er afgørende, fordi det er en af de første, der har taget et aluminium-baseret batteri ud af laboratoriet og ind i praktiske feltanvendelser.
- Lyten: Lyten er en Silicon Valley-startup (baseret i San Jose, Californien), som har været i stealth-mode i flere år for at udvikle et lithium-svovl-batteri forbedret med et proprietært 3D grafenmateriale. De er for nylig trådt frem med store nyheder: I oktober 2024 annoncerede Lyten planer om at bygge verdens første lithium-svovl-batteri-gigafabrik i Nevada med en investering på over 1 milliard dollars lyten.coml. Anlægget forventes at producere 10 GWh Li-S-batterier årligt inden 2027 lyten.com. Dette dristige skridt indikerer tillid til, at deres teknologi er tæt på at være klar til masseproduktion. Lytens første målmarkeder er ikke personbiler, men mikromobilitet, rumfart, droner og forsvar i 2024–2025 lyten.com – områder hvor den høje energitæthed i Li-S giver en afgørende fordel, og hvor en lidt lavere cykluslevetid kan være acceptabel. Virksomheden fremhæver batteriernes lave vægt og mangel på konfliktmineraler, og faktisk bruger deres celler lithium-metalanoder og svovl-kulstof-kompositkatoder, hvilket undgår nikkel, kobolt osv. lyten.com. Lytens CEO, Dan Cook, sagde “Lithium-sulfur is a leap in battery technology, delivering a high energy density, light weight battery built with abundantly available local materials” lyten.com. De har endda fremstillet pilotbattericeller internt siden 2023 for at teste og forfine produktionsprocessen lyten.com. Hvis Lytens gigafabrik lykkes, kan det blive en game-changer – de første kommercielle Li-S-batterier produceret i stor skala, potentielt til brug i næste generations elektriske fly eller langtrækkende elektriske lastbiler, hvor hver eneste pund tæller. Theion: Theion er en startup baseret i Berlin, Tyskland, der fokuserer på lithium-svovl-batterier med et twist – de bruger krystallinsk svovl og specielle elektroder for at forbedre stabiliteten. I marts 2025 rejste Theion 15 millioner euro i en Series A-investeringsrunde for at opskalere deres battericeller reuters.com. Theion hævder, at deres celler kan tredoble energitætheden i forhold til lithium-ion, samtidig med at omkostningerne reduceres til en tredjedel, som nævnt tidligere reuters.com. De har angiveligt løst nøgleproblemer ved at forud-udvide katoden for at imødekomme svovlets udvidelse og ved at holde svovlet i en krystallinsk form, der er mindre reaktiv med elektrolytter reuters.com. CEO Ulrich Ehmes har udtalt, at deres teknologi kan finde anvendelse i el-biler, “flyvende taxaer” eller energilagring, og potentielt være i biler i slutningen af 2020’erne reuters.com. Theions tilgang har vakt opmærksomhed, fordi den ikke er afhængig af eksotiske materialer – de fremhæver, at deres batterier “ånder” mindre og ikke korroderer som tidligere Li-S. Investeringen vil hjælpe dem med at udvikle større pouch-celler og komme videre fra møntcelle-prototyper reuters.com. Tysklands interesse for svovlbatterier stemmer også overens med Europas bestræbelser på at have hjemmeavlede, bæredygtige batteriteknologier.
- Argonne National Laboratory & U.S. DOE: Inden for offentlig forskning har Argonne (sammen med andre laboratorier under det amerikanske energiministerium som Oak Ridge og Pacific Northwest) været aktivt involveret i forskning i svovlbatterier. Vi diskuterede Argonnes gennembrud inden for interlayer-design til Li-S-celler anl.gov. De undersøger også solid-state svovlbatterier i partnerskab med NASA til luftfart. DOE’s Vehicle Technologies Office har finansieret flere projekter om Li-S, Mg-S og endda Li-Air og Al-Air, idet de anerkender den strategiske betydning af næste generations kemier. Nationale laboratorier samarbejder ofte med universiteter (f.eks. arbejdede Argonne sammen med et team, der inkluderede University of Illinois om svovl-interlayers) og deler resultater, som startups kan bygge videre på. For eksempel stammer meget af forståelsen af polysulfid-adfærd og avanceret karakterisering (ved brug af værktøjer som Argonnes Advanced Photon Source til røntgenanalyse af batterier anl.gov) fra disse laboratorier.
- Andre bemærkelsesværdige: Universiteter som Monash University (Australien) skabte overskrifter i 2020 med et Li-S-batteri, der angiveligt kunne drive en smartphone i fem dage og viste fremragende stabilitet via en ny binder- og elektrodedesign advancedsciencenews.com. Monash har siden arbejdet på hurtigopladelige Li-S-batterier med henblik på elektrisk luftfart monash.edu. I Storbritannien var det nu lukkede Oxis Energy en pioner inden for Li-S; før lukningen i 2021 havde Oxis udviklet Li-S-celler tæt på 400 Wh/kg og samarbejdede med flyproducenter. Dets IP blev overtaget af andre aktører, hvilket muligvis informerer nye projekter. Kinesisk akademia og industri er ekstremt aktive – institutioner som det Kinesiske Videnskabsakademi, Wuhan University of Technology (som var medforfatter på Sadoways Al-S-artikel news.mit.edu), og virksomheder som CATL udforsker svovl- og aluminiumkemi, selvom detaljerne nogle gange holdes hemmelige. Selv Teslas Battery Day i 2020 antydede interesse for svovl (Elon Musk jokede om, at Tesla forskede i “lithium og svovl” uden at uddybe, muligvis til langsigtede projekter). Endelig kigger NASA og Boeing på Li-S til fly: NASAs SABERS-projekt har et flerlaget svovlbatteri, der nåede 500 Wh/kg, hvilket kan muliggøre elektriske fly eller avancerede droner businessaviation.aero.
Det er tydeligt, at et globalt økosystem af innovatører driver aluminium- og svovlbatterier fremad – fra små startups til hæderkronede nationale laboratorier. De næste par år (2025–2030) vil sandsynligvis se nogle af disse indsatser bære frugt i form af rigtige produkter og pilotprojekter.
Gennembrud og nylige innovationer (2024–2025)
Perioden 2024 til 2025 har været særligt spændende for udviklingen af aluminium- og svovlbatterier, med flere bemærkelsesværdige gennembrud:
- Jan 2024 – Aluminium-svovl ved 85 °C (Nature Communications): Forskere demonstrerede et nyt aluminium–svovl-batteri, der fungerer ved 85 °C med en kvaternær smeltet salt-elektrolyt, offentliggjort i Nature Communications nature.com. Dette batteri viste hurtig opladningsevne og overraskende lang levetid: det bevarede 85,4 % af sin kapacitet efter 1.400 cyklusser ved 1C opladningshastighed nature.com. Vigtigt er det, at 85 °C er en stor forbedring i forhold til tidligere smeltet-salt-batterier, der krævede 110–180 °C nature.com. Holdet opnåede dette ved at formulere en særlig blanding af salte (alkali-chloroaluminater) med et lavt smeltepunkt, hvilket også lettede hurtig aluminium-ion-bevægelse nature.com. De brugte også en nitrogendopet porøs kulkatode, der hjalp svovlreaktionerne med at forløbe hurtigt nature.com. Dette resultat er betydningsfuldt, fordi det peger mod praktiske, lavpris netbatterier, der kunne fungere med simpel opvarmning (selv blot varmt vand som varmekilde, som forfatterne bemærker nature.com) og levere hurtig opladning uden nedbrydning. Det er et skridt mod at gøre MIT Al-S batterikonceptet mere brugervenligt og mobilt.
- Okt 2024 – Lyten annoncerer Li-S Gigafactory: Lyten’s annoncering af en lithium-svovl batteri-gigafabrik i Nevada var en stor brancheoverskrift i slutningen af 2024 lyten.com. Den er planlagt til at blive den første i verden gigafabrik dedikeret til Li-S celler, med et mål om 10 GWh/år produktion i 2027 lyten.com. Endnu mere bemærkelsesværdigt var, at Lyten udtalte, at deres Li-S batterier allerede er på vej ind på udvalgte markeder i 2024 og 2025 – specifikt har de kunder inden for mikromobilitet (elcykler, løbehjul), rumfart (måske satellitter eller højhøjde-droner), droner og forsvarsapplikationer, der bruger deres batterier lyten.com. Dette antyder, at Lyten er gået fra laboratorieprototyper til pilotproduktion og faktisk brug i felten inden for disse nicher. Beslutningen om at bygge en stor fabrik indikerer tillid til at kunne skalere teknologien og at efterspørgslen vil materialisere sig. Det er også et stort signal til batteriindustrien og investorer om, at lithium-svovl nærmer sig klarhed til bred anvendelse. Vi kan snart se produkter, der reklamerer med “Li-S batteri indeni”, i det mindste i high-end eller specialiserede applikationer, som følge af dette.
- Mar 2025 – Theion rejser kapital, hævder 3× energi: I marts 2025 rapporterede Reuters, at Theion havde rejst 15 mio. euro for at skalere deres svovlbatteri, som “lagrer mere energi, men koster meget mindre end konventionelle lithium-ion-batterier.” reuters.com Theion afslørede noget af deres tekniske strategi offentligt og sagde, at deres celler har tre gange så høj energitæthed som Li-ion, til en tredjedel af prisen og en tredjedel af CO₂-udledningen, som nævnt tidligere reuters.com. De adresserede de store bekymringer ved at sige, at de undgår hurtig korrosion ved at bruge krystallinsk svovl og håndterer udvidelse ved at forud-udvide katodestrukturen reuters.com. Kapitalen vil hjælpe dem med at gå fra møntceller til større pouch-celler (egnet til elbiler eller fly) reuters.com. Denne udvikling minder om, at ikke kun én, men flere startups (Lyten, Theion, andre) når milepæle og tiltrækker investeringer, hvilket øger sandsynligheden for, at mindst én vil få kommerciel succes. Det minder lidt om de tidlige dage med lithium-ion, hvor flere virksomheder og lande deltog i kapløbet – her har vi amerikanske og europæiske aktører, der satser på svovlbatterier samtidig.
- 2023 – 2024 – Løsning af svovlcyklusens livspuslespil: Gennem 2023 og ind i 2024 offentliggjorde flere forskergrupper fremskridt i at forlænge levetiden for svovlbatterier. Et højdepunkt var det Argonne-ledede studie (offentliggjort august 2022 i Nature Communications), der demonstrerede, at et redox-aktivt mellemlag dramatisk kan forbedre Li-S-batteriets stabilitet anl.gov. I begyndelsen af 2023 rapporterede de, at denne tilgang giver celler, der bevarer høj kapacitet over hundredvis af cyklusser anl.gov, og bringer Li-S tættere på at være levedygtig til daglig brug. I midten af 2024 rapporterede et andet team om et foldbart, fleksibelt Li-S-batteri med en særlig jernsulfid-katode, der endda kunne modstå at blive skåret uden at fejle acs.org – en ny løsning til bærbar eller fleksibel elektronik med Li-S. Disse trinvise innovationer er vigtige: de adresserer de praktiske problemer (som polysulfid-håndtering, mekaniske belastninger osv.) ét ad gangen. Hver forbedring bringer Li-S-celler tættere på at opfylde de strenge krav fra kommerciel elektronik og køretøjer.
- 2024 – Forskning og udvikling i aluminiumbatterier tager fart: På aluminiumsfronten så man også interessant forskning i slutningen af 2024. Forskere undersøgte nye katodematerialer til aluminium-ion-batterier, såsom koboltsulfid, for at opnå højere kapacitet og bedre forståelse af oplagringsmekanismer for ladning nature.com. Der er en voksende mængde arbejde med “multivalente” batterier (inklusive Al, Mg, Zn), som ofte deler udfordringer og gennembrud – for eksempel kan forbedrede elektrolytter, der hjælper ét system, nogle gange anvendes på et andet advanced.onlinelibrary.wiley.com. Vi ser også lande som Indien investere i aluminiumbatteriteknologi, ikke kun via Phinergys aluminium-luft, men også i akademisk forskning for at skabe et genopladeligt aluminiumbatteri egnet til indiske forhold (med regeringen, der finansierer projekter under sin nationale energilagringsmission). Selvom disse endnu ikke har skabt globale overskrifter, bidrager de til en fremdrift, der opbygges omkring aluminiumbatterier verden over.
- Politiske og Markedssignaler: Gennembrudshistorierne handler ikke kun om teknik. I 2024–2025 ser vi stærke markedssignaler, der understøtter disse nye batterier. Den amerikanske regerings Inflation Reduction Act (IRA) og andre politikker fremmer indenlandske batteriforsyningskæder – hvilket gavner kemier, der kan produceres med lokalt fremskaffede materialer som svovl (USA producerer meget svovl fra olieraffinering) og aluminium. Lytens gigafabrik i Nevada og det amerikanske forsvarsministeriums interesse for letvægts Li-S batterier til soldater eller satellitter er resultater af disse incitamenter lyten.com. I Europa gør fokus på bæredygtighed et kobolt- og nikkelfrit batteri meget attraktivt, derfor EU-finansiering til projekter som Theion og andre. Selv i Kina, hvor lithium-ion produktion dominerer, har der været statsstøttede programmer for “næste generations” batterier (for eksempel arbejder CATL angiveligt på et natrium-ion + svovl hybridbatteri til lancering omkring 2023/24 til stationær lagring). Alle disse tendenser indikerer, at tiden er moden for aluminium- og svovlbatterier – verden leder efter løsninger, og teknologien er ved at indhente disse behov.
Essensen er, at de sidste to år har forvandlet aluminium- og svovlbatterier fra en niche-labkuriositet til seriøse kandidater til fremtidens energilagring. Som en forsker rammende sagde, “Vi er et skridt tættere på at se denne teknologi i vores hverdag.” anl.gov Den trin-for-trin fremgang er præcis det, der sker nu, og det næste skridt vil være bredere kommercialisering og opskalering af disse innovationer.
Potentielle Anvendelser og Indvirkning på Ren Energi og Elbiler
Fremkomsten af aluminium- og svovlbatterier kan påvirke en bred vifte af sektorer. Her er nogle af de mest lovende anvendelser og deres implikationer:
- 🏠 Vedvarende energilagring (net og hjem): Måske den største kortsigtede effekt vil være inden for stationær energilagring til ren energi. En af de store udfordringer ved vedvarende energi (sol, vind) er intermittens – solen og vinden er ikke tilgængelige døgnet rundt, så vi har brug for enorme, økonomiske batterier til at lagre energi, når de ikke producerer. Lithium-ion-batterier er begyndt at blive brugt til netlagring, men de er stadig relativt dyre og afhængige af importerede materialer. Aluminium-svovl- og natrium-svovl-batterier, med deres meget billige komponenter, kunne drastisk reducere omkostningerne ved at lagre en kilowatt-time. MIT’s Sadoway har specifikt rettet sig mod hjemme- og nabolagsskalaen med sit Al-S-batteri – “den størrelse, der er nødvendig for at forsyne et enkelt hjem eller en lille til mellemstor virksomhed” (i størrelsesordenen titals kWh) news.mit.edu. Sådanne batterier ville gøre det muligt for husejere med solceller på taget at lagre energi fra dagtimerne til brug om natten billigt, eller for små virksomheder at have backup-strøm uden en dieselgenerator. I større skala kunne forsyningsselskaber installere enorme banker af aluminium- eller natrium-svovl-batterier for at udjævne produktionen fra vedvarende energi. Universitetet i Sydneys team bemærkede, at deres billige Na-S-batteri kunne “betydeligt reducere omkostningerne ved overgangen til en afkarboniseret økonomi” ved at levere overkommelig lagring sydney.edu.au. I områder uden geografi til pumpet vandkraftlagring er disse elektrokemiske løsninger nøglen. Derudover, da disse nye batterier er ikke-brændbare (vigtigt for samfundets sikkerhed) og bruger rigelige materialer, kan de produceres og installeres lokalt i mange regioner – hvilket øger energisikkerheden. Overordnet set vil udbredt anvendelse af stationære aluminium/svovl-batterier muliggøre højere andel af vedvarende energi, reducere spild (spildt sol/vind på grund af manglende lagring) og hjælpe med at stabilisere elnettet med ren, fleksibel strøm.
- 🚗 Elektriske køretøjer (EV’er): Lettere og mere energieffektive batterier er den hellige gral for EV’er og endda elektrisk luftfart. Lithium-svovl-batterier er særligt attraktive her. Et Li-S-batteri kunne dramatisk forlænge rækkevidden for en EV uden at tilføje vægt – eller omvendt muliggøre samme rækkevidde med et meget lettere batteri, hvilket forbedrer effektiviteten. For eksempel, hvis en EV i dag har brug for et 600 kg Li-ion-batteri for 300 miles rækkevidde, kunne et Li-S-batteri med dobbelt energitæthed opnå det med ~300 kg, hvilket markant reducerer køretøjets vægt. Dette forbedrer acceleration, håndtering og reducerer energiforbruget pr. mile. Det kunne også gøre elektriske lastbiler og busser mere levedygtige ved at frigøre nyttelast. Virksomheder som Oxis Energy (før de lukkede) og Sion Power arbejdede sammen med luftfarts- og bilpartnere om Li-S prototypebatterier til langdistancefly og EV’er. Faktisk drev Sion Powers tidligere Li-S-celler en High Altitude Pseudo-Satellite (et ubemandet solfly) til at slå varighedsrekorder for flyvning i 2010’erne. For nylig har NASA og Airbus set på Li-S som en af de eneste måder at opnå de nødvendige 500 Wh/kg til praktiske elektriske passagerfly businessaviation.aero – deres SABERS-projekts succes antyder regionale elektriske fly på vej, der bruger svovlbatterier. Elektriske flyvende taxaer og droner ville ligeledes have fordel; Theion nævnte eksplicit flyvende køretøjer som et mål reuters.com. Ud over Li-S har selv aluminium-luft-batterier en rolle i EV’er: de kunne fungere som et rækkeviddeforlænger-modul, som du aktiverer til lange ture. Forestil dig en EV med et lille Li-ion-batteri til daglig pendling og et aluminium-luft “hjælpebatteri”, som du kun fylder op (udskifter aluminium) når du tager på en 1.000 km lang biltur. Sådanne hybride batteriarkitekturer overvejes i projekter af Indian Oil/Phinergy og andre. Vi skal bemærke, at almindelige EV’er ikke skifter til en helt ny kemi fra den ene dag til den anden – sikkerhed, levetid og lynopladning skal bevises – men i slutningen af 2020’erne er det sandsynligt, at high-end modeller eller specialkøretøjer kan komme med næste generations batterier. Hvis de gør, kan det løfte EV-ydeevnen til nye højder (500+ miles rækkevidde, meget hurtig opladning, lettere biler) og reducere afhængigheden af kritiske mineraler, hvilket muliggør EV-udbredelse i større skala uden ressourceflaskehalse.
- 📱 Bærbar elektronik og wearables: Din fremtidige smartphone eller bærbare computer kunne også få glæde af svovl- eller aluminiumbatterier, selvom disse anvendelser kræver lang cykluslevetid og lav selvafladning (områder hvor Li-ion i øjeblikket udmærker sig). Et lithium-svovl-batteri kunne få din telefon til at holde i flere dage mellem opladninger – husk Monash Universitys koncept om en telefon, der holder 5 dage på et Li-S batteri advancedsciencenews.com. Vægtreduktionen er mindre kritisk for en telefon, men energitætheden er vigtig. En udfordring her er, at forbrugerelektronik forventer hundredvis af cyklusser og flere års levetid; Li-S skal forfines yderligere for at opfylde dette. Alligevel kan vi måske se niche-gadgets eller wearables tage dem i brug, hvis de giver fordele i formfaktor. Aluminiumbatterier, især de fleksible designs som Stanfords, kunne muliggøre foldbare eller rullbare gadgets. For eksempel kunne et aluminium-ion-batteri, der er fleksibelt, integreres i remmen på et smartwatch eller i smart tøj. Da Al-ion også kan gøres meget sikkert (ingen brandrisiko), kunne de bygges ind i enheder uden store beskyttende kabinetter, måske endda muliggøre mere kreativ industriel design. Dette er spekulativt, men efterhånden som produktionen forbedres, kunne forbrugerelektronik blive et vigtigt marked (det var det trods alt for lithium-ions indledende vækst i 1990’erne).
- ⚡ Lynopladningsinfrastruktur: En mindre åbenlys, men vigtig anvendelse er at bruge disse nye batterier til at muliggøre lynopladning af elbiler og stabilisere elnettet. Som professor Sadoway påpegede, hvis mange elbiler forsøger at lade op på én gang (som flere biler ved en rasteplads), stiger strømforbruget til et niveau, elnettet ikke let kan levere news.mit.edu. I stedet for at opgradere elnettet er det smartere at installere en batteribuffer ved ladestationerne – batteriet oplades langsomt fra nettet og kan derefter hurtigt afgive strøm til bilerne, når det er nødvendigt. For sådanne bufferbatterier er pris og sikkerhed altafgørende, og vægten er mindre vigtig. Det gør aluminium-svovl eller natrium-svovl til ideelle kandidater. De står på stedet, lagrer energi billigt, kan ikke brænde, og kan afgive strøm hurtigt. Sadoway nævnte specifikt, at Al-S systemer kunne “eliminere behovet for at installere dyre nye elledninger” til klynger af lynladere news.mit.edu. Grundlæggende kan disse batterier fungere som støddæmpere for elnettet, opsuge overskudsenergi og frigive den efter behov, uanset om det er til elbilopladningstoppe eller for at balancere udsving i vedvarende energiproduktion.
- 🏭 Industriel og kommerciel backup: Ligesom telekomtårne bruger aluminium-luft til backup-strøm, kunne andre industrier og kommercielle faciliteter bruge aluminium- eller svovlbatterier for at sikre pålidelighed og reducere afhængigheden af dieselgeneratorer. Datacentre, for eksempel, efterspørger batterier, der er sikre, har lang standby-levetid og er omkostningseffektive i stor skala – man kan forestille sig natrium-svovl-batterirum, der erstatter de lithium-ion- eller blysyrebatteribanker, der i øjeblikket bruges til UPS (uafbrudt strømforsyning). På fjerntliggende eller off-grid steder er billige batterier, der ikke kræver hyppig udskiftning, ekstremt værdifulde (færre vedligeholdelsesture). Aluminium-svovlbatterier, der forventes at være meget billige pr. kWh, kunne muliggøre mikronet i landdistrikter eller øsamfund, kombineret med sol/vind, for at levere strøm døgnet rundt uden at sprænge budgettet.
- 🚀 Rumfart og forsvar: Den høje ydeevne for disse batterier er naturligt attraktiv for rumfarts- og forsvarsapplikationer. Som nævnt har satellitter og højtflyvende droner (pseudo-satellitter) med succes brugt Li-S på grund af dens lave vægt og gode ydeevne ved lave temperaturer (rumbatterier kører ofte koldt). Det amerikanske militær er interesseret i lettere batterier til soldater (for at reducere byrden ved at bære mange kilo Li-ion-batterier) – et svovlbatteri kunne dramatisk lette den byrde. Derudover, da svovlbatterier ikke har iltfrigivende forbindelser (i modsætning til Li-ion, som kan frigive O₂ ved termisk runaway), kan de være sikrere i lukkede miljøer som ubåde eller rumfartøjer. Aluminium-luft kunne fungere som en undervandsstrømkilde til langvarige ubemandede ubåde, hvor genopfyldning med aluminium er mulig. Forsvarssektoren fungerer ofte som tidlig adopter af banebrydende teknologi, der senere breder sig, så deres investering i aluminium- og svovlbatteriteknologi kan fremskynde udviklingen. Faktisk antyder Lytens indledende engagementer i 2024–25 med rum-, drone- og forsvarsmarkederne, at forsvarskontrakter er med til at bevise teknologien lyten.com før bredere forbrugerbrug.
I alle disse anvendelser er den overordnede effekt at muliggøre den grønne omstilling hurtigere og mere effektivt. Ved at sænke batteriomkostningerne og frigøre os fra lithium-ions forsyningskæde, kunne aluminium- og svovlbatterier gøre elbiler mere overkommelige for flere mennesker (kritisk for at afkarbonisere transport), gøre vedvarende energi mere pålidelig og udbredt (kritisk for at afkarbonisere elproduktion), og endda skabe nye muligheder som elektrisk flyvning. De har også miljømæssige fordele i brug: f.eks. ved at erstatte diesel-backupgeneratorer med aluminium-luft- eller natrium-svovlbatterier reduceres lokal luftforurening og CO₂-udledning. Hvis teknologien lever op til sit løfte, kunne verden se billigere elbiler, mere robuste grønne elnet og en reduktion i minedrift af sjældne metaller – en positiv spiral for både økonomien og miljøet.
Økonomiske og miljømæssige konsekvenser
Fra et økonomisk perspektiv kan aluminium- og svovlbatterier være forstyrrende på den bedst mulige måde: ved at sænke omkostningerne ved energilagring og diversificere forsyningskæden. Et batteri udgør en betydelig del af prisen på en elbil eller et vedvarende energisystem, så billigere batterier betyder billigere produkter og hurtigere udbredelse. Analytikere har bemærket, at materialer som aluminium og svovl koster en brøkdel af lithium, nikkel eller kobolt. For eksempel anslog et estimat, at materialeomkostningerne for aluminium-svovlceller kun er ~15% af en tilsvarende lithium-ion-celle news.mit.edu. Hvis disse besparelser overføres til produktionen, kan vi se batteripriser (pr. kWh) falde langt under den nuværende lithium-ion-læringskurve. Billig lagring kan så drive økonomisk vækst ved at muliggøre nye forretningsmodeller (som flere solcelleparker, fælles lagringsprojekter osv.) og ved at reducere energiomkostningerne for forbrugerne (forestil dig at oplade dit hjemmebatteri hver eftermiddag med solenergi og aldrig betale spidsbelastningspriser til elnettet).
Der er også en geopolitisk vinkel: Lithium-ion-produktion er i dag stærkt koncentreret (med Kina som dominerende inden for celleproduktion og lande som DRC, der leverer nøglemineraler). Aluminium smeltes dog over hele verden (og genanvendelse giver også en lokal kilde), og svovl er allestedsnærværende. Mange lande, der ikke har lithiumressourcer, har stærke aluminiumindustrier (f.eks. Indien, som vi så med IOC Phinergy). Så aluminiumbaserede batterier kan gøre det muligt for flere nationer at opbygge indenlandske batteriindustrier uden at være afhængige af importeret lithium eller kobolt. Denne diversificering kan reducere globale forsyningskæderisici og gøre overgangen til elektrisk mobilitet og vedvarende energi mere robust over for mangler eller politisk ustabilitet. I Nevada er den planlagte Lyten-fabrik et eksempel – brugen af amerikansk-skaffet svovl og samling af batterier lokalt lyten.com stemmer overens med politikker om at hjemtage batteriforsyningen og skabe lokale arbejdspladser (de forventer 1.000 jobs ved fuld kapacitet på den ene fabrik lyten.com).
På miljøsiden tilbyder disse batterier flere fordele:
- Lavere CO₂-aftryk: Fremstilling af batterier er energikrævende, men svovl- og aluminiumbatterier kan fremstilles med mindre eksotisk forarbejdning. Raffinering af kobolt og nikkel er særligt CO₂-tungt. Ved at udelade disse kan producenterne sænke CO₂-udledningen pr. kWh batteri. Theion hævdede en 2/3-reduktion i CO₂-aftryk for deres svovlbatterier sammenlignet med Li-ion reuters.com. Desuden kan svovl skaffes som et affaldsprodukt (praktisk talt ingen ekstra CO₂-omkostning for at få det), og genanvendelse af aluminium bruger kun ~5% af energien i forhold til primær aluminiumproduktion – så brug af genanvendt aluminium i batterier vil markant reducere deres indlejrede energi.
- Genbrug og slutning af levetid: Aluminium er allerede et af de mest genanvendte materialer (tænk på aluminiumsdåser). Der findes en infrastruktur til at smelte skrotaluminium om og genbruge det. Hvis aluminiums-metalbatterier bliver almindelige, kan man forestille sig, at brugte aluminiumsanoder rutinemæssigt bliver indsamlet og genanvendt med høj effektivitet – en cirkulær økonomi for batterimetallet. Svovl kan i en batterisammenhæng være sværere at genanvende direkte fra celler (især hvis det er bundet i forbindelser), men da det er billigt og ikke-giftigt, er det ikke en lige så stor miljøfare, selv hvis det ender på losseplads, som f.eks. bly eller cadmium i ældre batterier. Forskere kan finde måder at genvinde svovl eller omdanne affaldssvovl fra batterier til nyttige kemikalier (svovl bruges f.eks. også i gødning). Manglen på tungmetaller i disse batterier betyder mindre giftigt elektronikaffald hvis de bortskaffes forkert, og ideelt set nemmere håndtering på genbrugsanlæg.
- Reduceret minepåvirkning: Udvindingen af lithium, kobolt og nikkel har betydelige miljømæssige og sociale konsekvenser – fra vandforbrug ved lithiumudvinding fra saltlage, til ødelæggelse af levesteder og forurening omkring nikkelminer, til børnearbejde i nogle koboltminer. Ved at reducere eller eliminere behovet for disse materialer kan aluminium- og svovlbatterier mindske disse belastninger. Aluminium er ikke uden påvirkning (bauxitudvinding og aluminiumsproduktion har deres egne problemer som rødslamaffald og højt elforbrug), men disse processer er velregulerede i mange lande, og teknologien forbedres (f.eks. inerte anoder til aluminiumsproduktion for at reducere emissioner). Og igen, genanvendelse af aluminium mindsker behovet for ny minedrift betydeligt. Svovlforbruget handler mest om at genanvende et eksisterende biprodukt – det kan faktisk løse et problem (kæmpe svovllagre) i stedet for at skabe et.
- Sikkerhed og sundhed: Batteribrande har været et problem med lithium-ion, da brændende Li-ion frigiver giftige dampe og kan forårsage brande, der er svære at slukke (som nogle elbilbrande har vist). Ikke-brændbare batterier betyder færre brandhændelser, hvilket er en sikkerhedsgevinst for samfundet. Det betyder også sikrere håndtering af batterier under transport og på skrotpladser. For eksempel udgør skrottede elbiler med Li-ion-batterier en brandrisiko, hvis de beskadiges; en elbil med et aluminium-svovl-batteri kan være meget sikrere at skille ad. Ligeledes i forbrugerenheder – færre enheder, der eksploderer eller bryder i brand (tænk på de berygtede telefonbatteribrande), er gavnligt for folkesundheden og tilliden til batteriteknologi.
- Ren backup-strøm: I områder, der i øjeblikket er afhængige af dieselgeneratorer til backup eller fjernstrøm (øer, nødhjælpscentre, telemasttårne), vil udskiftning med aluminium-luft- eller natrium-svovlbatterier eliminere forbrænding af diesel, hvilket betyder ingen drivhusgasudledning, ingen partikelforurening og ingen støj. Dette er en direkte miljø- og livskvalitetsforbedring. For eksempel vil telemasttårne, der kører på aluminium-luft i Indien, producere nul lokale emissioner, mens dieselgeneratorer bidrager til luftforurening og CO2-udledning.
Alt i alt har aluminium- og svovlbatterier potentiale til at demokratisere energilagring – gøre det så billigt og miljøvenligt, at vi kan bruge batterier overalt, hvor vi har brug for dem, for at muliggøre en ren energifremtid. De vil ikke være en universalløsning (vi vil sandsynligvis have en blanding af batteriteknologier i brug), men deres indtog på markedet kan presse priserne ned og tvinge alle batteriproducenter til at forbedre bæredygtigheden.
Selvfølgelig er økonomisk succes for disse batterier ikke garanteret; de skal bevise, at de kan produceres billigt og fungere pålideligt i stor skala. Men de seneste investeringer og prototypers succeser er meget opmuntrende. Hvis de lykkes, er udbyttet ikke kun billigere elbiler eller bedre gadgets – det er en meningsfuld reduktion af miljøbelastningen fra vores batteriforbrug og et løft til de globale afkarboniseringsindsatser.
Konklusion: En lys fremtid drevet af almindelige grundstoffer
Aluminium- og svovlbatterier, der engang blev betragtet som outsider-teknologier, er hurtigt på vej mod kommerciel virkelighed. Disse batterier eksemplificerer en overbevisende idé: brug simple, rigelige ingredienser til at løse komplekse energiproblemer. I de seneste par år har fremskridt inden for kemi og materialeforskning bragt denne idé meget tættere på realisering. Vi har nu prototype aluminium-svovl-celler, der kan lynoplades på få minutter og køre i tusindvis af cyklusser nature.com, lithium-svovlbatterier, der når energitætheder, man kun kunne drømme om for ti år siden reuters.com, og endda aluminium-luft-systemer, der er begyndt at levere ren energi i praksis evreporter.com.
Overgangen væk fra vores afhængighed af sjældne metaller og dyre importvarer og hen imod batterier lavet af “bund-udsalg”-elementer som Al og S, kan omforme batteriindustrien på samme måde, som silicium gjorde for elektronikindustrien – hvilket muliggør enorm skalering og omkostningsreduktion. Som Sadoway bemærkede, har disse nye batterier “alt det andet, du kunne drømme om, at et batteri skulle have: billige elektroder, god sikkerhed, lynhurtig opladning, fleksibilitet og lang levetid” news.stanford.edu. Der er stadig udfordringer, der skal løses, men retningen er klar.
I de kommende år kan vi forvente at høre om pilotprojekter (måske et solcelleanlæg i Californien, der bruger MIT’s aluminium-svovl-celler, eller en drone drevet af et Lyten Li-S-batteri, der sætter udholdenhedsrekorder). Når produktionen øges, bør omkostningerne falde yderligere, og eventuelle resterende tekniske udfordringer – hvad enten det er levetid eller driftstemperatur – vil sandsynligvis blive løst af den intense forskning, der i øjeblikket foregår over hele verden.
For den brede befolkning kan effekten mærkes på subtile, men vigtige måder: en elbil, der er billigere og kører længere, en smartphone, der holder strøm hele weekenden, et nabolag, der holder lyset tændt med et batteri, når et stormvejr slår elnettet ud – velvidende at alt dette sker med materialer, der er lige så almindelige som aluminiumsfolie og havegødning (svovl). Verdens appetit på batterier vokser kun, og aluminium- og svovlteknologier sikrer, at vi kan dække dette behov på en bæredygtig måde.
Som en af de forskere, der er involveret i udviklingen af disse batterier, optimistisk udtalte, “Disse resultater demonstrerer … en enorm indflydelse på [batteri]udviklingen. Vi er et skridt tættere på at se denne teknologi i vores hverdag.” anl.gov Fremtiden, hvor vores liv drives af aluminium og svovl – to af Jordens mest beskedne grundstoffer – er nu tydeligt i horisonten. Revolutionen inden for energilagring er i gang, og den bygges på fundamentet af almindelig kemi, innovativ ingeniørkunst og det presserende behov for en renere, billigere energifremtid.
Kilder: Oplysningerne og citaterne i denne rapport er hentet fra nylige troværdige kilder, herunder fagfællebedømte studier, universitets-pressemeddelelser, industrinyheder og Reuters-rapporter. Centrale referencer inkluderer MIT News om aluminium-svovl-batteriet news.mit.edu, Argonne National Labs gennembrud inden for lithium-svovl anl.gov, Reuters’ dækning af Theion og Lytens udvikling reuters.com, lyten.com, og interviews med brancheledere (f.eks. Phinergys CEO om aluminium-lufts fordele evreporter.com). Disse og andre henvisninger gennem teksten giver detaljeret dokumentation for de fremsatte påstande.
- Polysulfid-shuttle og katodeforringelse (Svovlproblemer): I lithium-svovl og andre svovlkatodebatterier har det berygtede polysulfid-shuttle-problem været en showstopper. Når batteriet cykler, gennemgår svovl mellemliggende stadier, der kan opløses i elektrolytten og vandre til anoden, hvilket forårsager selvafladning, tab af aktivt materiale og endda skadelige reaktioner med anoden anl.gov. Dette fører til hurtig kapacitetsfald. Desuden har svovlkatoder en tendens til at svulme op og trække sig sammen betydeligt (op til ~80% volumenændring), når de omdannes til lithiumsulfid og tilbage igen reuters.com. Denne “vejrtrækning” kan med tiden pulverisere katoden eller få den til at løsne sig fra strømsamlerne. Selvom nye strategier (som at tilføje beskyttende mellemlag anl.gov, bruge nanostrukturerede karbonværter eller solide elektrolytter) har afhjulpet disse problemer, er det stadig en stor udfordring at sikre, at et svovlbatteri kan holde til hundreder af cyklusser under virkelige forhold.
- Dendritter og belægningsproblemer (Metalanoder): Aluminium-metalanoder, ligesom andre metalanoder, kan danne dendritter (tynde, ledende filamenter) under genopladning, hvilket risikerer at kortslutte cellen. Faktisk var en væsentlig grund til, at aluminiumbatterier længe mislykkedes, at ingen kunne få belægning/afstripning af aluminium til at gentage sig pålideligt – det dannede ofte et “mosset” depositum eller blev deaktiveret ved at danne en overfladeoxid. De ioniske væsker og smeltede saltelektrolytter har gjort meget for at “tæmme” dette problem (med et hold, der rapporterede, at deres smeltede salt-Al-batteri “aldrig mistede celler på grund af dendritkortslutning” i hurtigopladningstest news.mit.edu). Men hvis en mere konventionel elektrolyt blev brugt, kunne dendritter eller sidereaktioner med aluminiums oxidbelægning være problematiske. Tilsvarende, hvis lithium-metal bruges som anode i svovlbatterier (almindeligt i Li-S-designs), opstår lithiumdendritter og sikkerhedsproblemer, især hvis der bruges flydende elektrolytter. Forskere kombinerer ofte Li-S med beskyttende membraner eller solid-state-designs for at forhindre lithiumdendritter.
- Lav driftspænding og energieffektivitet (aluminium-ion): Aluminium-ion-batterier, især dem der bruger interkalation (f.eks. grafitkatoder), har typisk en lavere celles spænding end Li-ion. Stanfords berømte aluminium-ion-celle producerede omkring 2,0 volt news.stanford.edu, mens en lithium-ion-celle er ~3,7 V nominelt. Dette skyldes delvist kemien i Al³⁺-interkalation og begrænsninger i elektrolytten. Lavere spænding betyder, at du skal bruge flere celler i serie (hvilket tilføjer kompleksitet og noget energitab) for at opnå den ønskede batteripakkespænding. Der er også problemet med multivalente ioner som Al³⁺, der har træge kinetikker i faste stoffer – det er sværere at flytte en +3 ladet ion end en +1 ion som Li⁺, så det kan være svært at opnå høj effekt, medmindre temperaturen hæves eller der bruges specielle elektrolytter nature.com. Nogle Al-batterier fungerer kun godt ved forhøjede temperaturer (60–100 °C), hvilket kan komplicere deres brug i forbrugerelektronik (ingen ønsker et konstant varmt batteri i deres telefon!). Den gode nyhed: innovationer i elektrolytter (som at tilsætte bestemte salte eller bruge nye blandinger) forbedrer aluminium-ion-ledningsevnen ved lavere temperaturer nature.com.
- Temperaturkrav: Som nævnt bruger flere aluminium- og natriumbaserede designs smeltelektrolytter, der skal holdes varme. For eksempel kører MITs aluminium-svovl-batteri optimalt ved omkring 110 °C news.mit.edu, og selv den forbedrede variant kører ved 85 °C nature.com. Selvom dette ikke er brandvarmt efter industrielle standarder, betyder det, at en batteripakke ville have brug for isolering og måske en lille varmelegeme for at holde sig inden for det rette område. Dette er fint til stationær lagring (hvor et køleskabsstort batteri kan have termisk styring), men er en udfordring for bærbare applikationer og elbiler, medmindre varmen kan være selvopretholdende (Sadoways celle selvopvarmes faktisk under cykling for at opretholde temperaturen news.mit.edu). Drift ved høj temperatur kræver også robust forsegling og sikkerhedsovervejelser (dog er fordelen, at der ikke er nogen brandrisiko). Forskere arbejder på at sænke driftstemperaturerne og udforsker endda rumtemperatur-kemier for både Al- og Na-baserede systemer nature.com.
- Opladningsinfrastruktur og “opfyldning” (Al-Air): Noget unikt ved aluminium-luft (og lignende metal-luft-systemer) er, at de ikke kan genoplades ved at sætte dem i en oplader. Du skal udskifte eller genanvende aluminium-anoden, når den er opbrugt. Dette kræver opbygning af en hel infrastruktur til at udskifte aluminiumsplader eller -patroner, indsamle de brugte og genanvende aluminium (sandsynligvis gennem en smelteproces drevet af elektricitet, hvilket i praksis “genoplader” aluminiummet). Indian Oil og Phinergy arbejder aktivt på dette økosystem evreporter.com, men det er et andet paradigme end tankstationer eller ladestationer. Uden bred opbakning kan aluminium-luft forblive en niche. Derudover skal biproduktet fra aluminium-luft (aluminiumhydroxid) håndteres – selvom det kan genanvendes til nyt aluminium eller andre produkter.
- Opskalering af produktion og integration: Lithium-ion-teknologi har et forspring på 30 år med massiv produktionsskala, optimerede forsyningskæder og en veluddannet arbejdsstyrke. Enhver ny batterikemi står over for udfordringen med at gå fra laboratorie- eller pilotskala til gigafabriks-skala. Aluminium- og svovlbatterier kan kræve nye produktionsprocesser (for eksempel håndtering af fugtfølsomme ioniske væsker eller solide elektrolytter, eller nye celledesigns som Theions stablede elektroder). Opskalering uden fejl og til lave omkostninger er ikke trivielt. Der er også spørgsmålet om integration – kan disse nye batterier indsættes i eksisterende enheder eller køretøjer, eller kræver de nye designs? Forskellige spændingsprofiler, formfaktorer eller driftsbetingelser kan betyde, at alt fra batteristyringssystemer til chassisdesign i biler skal ombygges. Disse overgangsomkostninger og usikkerheder kan forsinke udbredelsen.
- Nuværende status (teknologisk parathed): Selvom 2024 og 2025 har budt på store gennembrud (som vi fremhæver næste gang), er mange aluminium- og svovlbatteriteknologier stadig på prototype- eller tidligt kommercielt stadie. Ingen har endnu set den form for masseudrulning, som lithium-ion nyder godt af. For eksempel er lithium-svovlceller først nu ved at komme ind på begrænsede markeder som droner og satellitter, hvor deres korte levetid kan tolereres eller afbødes. Aluminium-svovl og aluminium-ion er i demonstrations- og opskaleringsfasen; ingen elbil eller elnet har endnu en stor enhed i fuld drift. Det betyder, at der stadig er risiko for uforudsete problemer i brug i den virkelige verden (tænk på hvordan Li-ion oplevede hændelser med termisk runaway i starten). Det vil tage tid, investeringer og sandsynligvis flere iterationer, før disse teknologier er lige så pålidelige som de nuværende. Som en skeptisk bemærkning: lithium-ion bliver også bedre hvert år – med nye kemier som lithium-jern-fosfat (LFP) og lithium-metal faststof på vej – så aluminium- og svovlbatterier skal ikke blot fungere, men også konkurrere mod en forbedrende markedsleder.
Sammenfattende har aluminium- og svovlbatterier et enormt potentiale, men de præsenterer også unikke udfordringer. Forskere er åbne om, at der er behov for mere arbejde; som et hold skrev i 2022, på trods af fremskridt, har “Al–S-batterier historisk set haft dårlig ydeevne ved høje strømstyrker og ringe cyklusstabilitet”, hvilket kræver fortsat innovation inden for elektrolytter og elektroder nature.com. At overvinde disse udfordringer er netop det, mange laboratorier og startups fokuserer på lige nu.
Hvem leder an? De vigtigste aktører i udviklingen
Dette spændende felt har en blanding af akademiske laboratorier, startups og industrigiganter, der skubber grænserne. Her er nogle af de mest bemærkelsesværdige aktører og hvad de arbejder på:
- Massachusetts Institute of Technology (MIT) & Avanti: MIT har været et centrum for innovativ batteriforskning. Professor Donald Sadoways gruppe på MIT stod i spidsen for aluminium-svovl-batterikonceptet. Efter at have offentliggjort de banebrydende resultater i Nature i 2022, var Sadoway med til at grundlægge Avanti for at kommercialisere teknologien news.mit.edu. Avantis mål er at opskalere produktionen af aluminium-svovl-celler til stationær lagring og mere. Sadoway er også kendt for at have været med til at grundlægge Ambri, et firma der kommercialiserer flydende metalbatterier (med andre kemier som calcium og antimon). Ambri sigter mod lagring i stor skala til elnettet og blev rapporteret at skulle implementere systemer i 2024 youtube.com. Mellem Ambri og Avanti kan Sadoways innovationer dække alt fra store forsyningsbatterier til mindre batterier til bygninger eller ladestationer til elbiler news.mit.edu. MIT’s indflydelse stopper ikke der – deres forskere undersøger også lithium-svovl i projekter, og instituttet samarbejder ofte med nationale laboratorier og virksomheder om banebrydende batteriteknologi.
- Stanford University & SLAC: Stanford vakte tidligt opsigt inden for aluminium-ion-batterier (prototypen for hurtigopladende Al-ion fra 2015 news.stanford.edu). Dette arbejde, ledet af Prof. Hongjie Dai, viste, at en simpel grafit-katode kunne muliggøre et genopladeligt aluminiumbatteri. Stanford fortsætter med at forske i batterier; for eksempel har SLAC (Stanford Linear Accelerator Lab) undersøgt nye katoder til aluminiumbatterier såsom metalsulfider nature.com, og undersøgt grænsefladekemi for at forbedre cyklussen. Selvom Stanfords opdagelse fra 2015 endnu ikke er blevet til et kommercielt produkt, demonstrerede den muligheden og er blevet citeret af mange efterfølgende studier. Den understregede også Stanfords filosofi om åben forskning, der fører til industriel anvendelse (nogle Stanford-batterialumner er gået til startups eller har dannet deres egne i Bay Areas batteristartup-miljø).
- Graphene Manufacturing Group (GMG) & University of Queensland: I Australien har GMG (i samarbejde med University of Queensland) udviklet et Graphene Aluminum-Ion Battery. De har rapporteret imponerende resultater i møntcelleprototyper – med ekstremt hurtig opladning og lang cykluslevetid – ved at bruge grafen (en form for kulstof) som katodemateriale i en aluminium-ion-konfiguration batteriesnews.com. GMG har haft som mål at opskalere deres teknologi til poseceller, der er egnede til forbrugerelektronik eller elbiler, og i slutningen af 2022 havde de et udviklingsprogram og en pilotproduktionslinje undervejs graphenemg.com. Deres tilgang understreger synergien mellem nano-materialer (grafen) og nye kemier som aluminium-ion for at opnå bedre resultater.
- Phinergy og Indian Oil (IOC): Phinergy er en israelsk startup, der har været pioner inden for aluminium-luft-batterier i over et årti. De blev berømte for at have drevet en demobil med aluminium-luft i 1.100 miles i 2014, og har siden fokuseret på reelle produkter til backup-strøm og rækkeviddeforlængelse til elbiler. Phinergy indgik partnerskab med Indian Oil Corporation for at danne et joint venture (IOC Phinergy), der bringer aluminium-luft-teknologi til det indiske marked – potentielt enormt for et land, der er ivrigt efter at finde alternativer til olie og udnytte sin aluminiumindustri. I begyndelsen af 2023 fremviste IOC Phinergy Indiens første aluminium-luft-drevne køretøj og var i gang med at etablere infrastruktur til pladeproduktion og genanvendelse alcircle.com. Den indiske regering har også vist interesse, da aluminium-luft kan reducere afhængigheden af importeret lithium. Phinergys teknologi er allerede kommercielt anvendt til backup af telemastetårne (hvor dieselgeneratorer erstattes af emissionsfri aluminium-luft-systemer) evreporter.com, og de arbejder sammen med bilproducenter som Mahindra om integration i køretøjer (f.eks. testflåder af elektriske rickshaws og busser, der bruger aluminium-luft for øget rækkevidde) evreporter.com. Phinergys fremskridt er afgørende, fordi det er en af de første, der har taget et aluminium-baseret batteri ud af laboratoriet og ind i praktiske feltanvendelser.
- Lyten: Lyten er en Silicon Valley-startup (baseret i San Jose, Californien), som har været i stealth-mode i flere år for at udvikle et lithium-svovl-batteri forbedret med et proprietært 3D grafenmateriale. De er for nylig trådt frem med store nyheder: I oktober 2024 annoncerede Lyten planer om at bygge verdens første lithium-svovl-batteri-gigafabrik i Nevada med en investering på over 1 milliard dollars lyten.coml. Anlægget forventes at producere 10 GWh Li-S-batterier årligt inden 2027 lyten.com. Dette dristige skridt indikerer tillid til, at deres teknologi er tæt på at være klar til masseproduktion. Lytens første målmarkeder er ikke personbiler, men mikromobilitet, rumfart, droner og forsvar i 2024–2025 lyten.com – områder hvor den høje energitæthed i Li-S giver en afgørende fordel, og hvor en lidt lavere cykluslevetid kan være acceptabel. Virksomheden fremhæver batteriernes lave vægt og mangel på konfliktmineraler, og faktisk bruger deres celler lithium-metalanoder og svovl-kulstof-kompositkatoder, hvilket undgår nikkel, kobolt osv. lyten.com. Lytens CEO, Dan Cook, sagde “Lithium-sulfur is a leap in battery technology, delivering a high energy density, light weight battery built with abundantly available local materials” lyten.com. De har endda fremstillet pilotbattericeller internt siden 2023 for at teste og forfine produktionsprocessen lyten.com. Hvis Lytens gigafabrik lykkes, kan det blive en game-changer – de første kommercielle Li-S-batterier produceret i stor skala, potentielt til brug i næste generations elektriske fly eller langtrækkende elektriske lastbiler, hvor hver eneste pund tæller. Theion: Theion er en startup baseret i Berlin, Tyskland, der fokuserer på lithium-svovl-batterier med et twist – de bruger krystallinsk svovl og specielle elektroder for at forbedre stabiliteten. I marts 2025 rejste Theion 15 millioner euro i en Series A-investeringsrunde for at opskalere deres battericeller reuters.com. Theion hævder, at deres celler kan tredoble energitætheden i forhold til lithium-ion, samtidig med at omkostningerne reduceres til en tredjedel, som nævnt tidligere reuters.com. De har angiveligt løst nøgleproblemer ved at forud-udvide katoden for at imødekomme svovlets udvidelse og ved at holde svovlet i en krystallinsk form, der er mindre reaktiv med elektrolytter reuters.com. CEO Ulrich Ehmes har udtalt, at deres teknologi kan finde anvendelse i el-biler, “flyvende taxaer” eller energilagring, og potentielt være i biler i slutningen af 2020’erne reuters.com. Theions tilgang har vakt opmærksomhed, fordi den ikke er afhængig af eksotiske materialer – de fremhæver, at deres batterier “ånder” mindre og ikke korroderer som tidligere Li-S. Investeringen vil hjælpe dem med at udvikle større pouch-celler og komme videre fra møntcelle-prototyper reuters.com. Tysklands interesse for svovlbatterier stemmer også overens med Europas bestræbelser på at have hjemmeavlede, bæredygtige batteriteknologier.
- Argonne National Laboratory & U.S. DOE: Inden for offentlig forskning har Argonne (sammen med andre laboratorier under det amerikanske energiministerium som Oak Ridge og Pacific Northwest) været aktivt involveret i forskning i svovlbatterier. Vi diskuterede Argonnes gennembrud inden for interlayer-design til Li-S-celler anl.gov. De undersøger også solid-state svovlbatterier i partnerskab med NASA til luftfart. DOE’s Vehicle Technologies Office har finansieret flere projekter om Li-S, Mg-S og endda Li-Air og Al-Air, idet de anerkender den strategiske betydning af næste generations kemier. Nationale laboratorier samarbejder ofte med universiteter (f.eks. arbejdede Argonne sammen med et team, der inkluderede University of Illinois om svovl-interlayers) og deler resultater, som startups kan bygge videre på. For eksempel stammer meget af forståelsen af polysulfid-adfærd og avanceret karakterisering (ved brug af værktøjer som Argonnes Advanced Photon Source til røntgenanalyse af batterier anl.gov) fra disse laboratorier.
- Andre bemærkelsesværdige: Universiteter som Monash University (Australien) skabte overskrifter i 2020 med et Li-S-batteri, der angiveligt kunne drive en smartphone i fem dage og viste fremragende stabilitet via en ny binder- og elektrodedesign advancedsciencenews.com. Monash har siden arbejdet på hurtigopladelige Li-S-batterier med henblik på elektrisk luftfart monash.edu. I Storbritannien var det nu lukkede Oxis Energy en pioner inden for Li-S; før lukningen i 2021 havde Oxis udviklet Li-S-celler tæt på 400 Wh/kg og samarbejdede med flyproducenter. Dets IP blev overtaget af andre aktører, hvilket muligvis informerer nye projekter. Kinesisk akademia og industri er ekstremt aktive – institutioner som det Kinesiske Videnskabsakademi, Wuhan University of Technology (som var medforfatter på Sadoways Al-S-artikel news.mit.edu), og virksomheder som CATL udforsker svovl- og aluminiumkemi, selvom detaljerne nogle gange holdes hemmelige. Selv Teslas Battery Day i 2020 antydede interesse for svovl (Elon Musk jokede om, at Tesla forskede i “lithium og svovl” uden at uddybe, muligvis til langsigtede projekter). Endelig kigger NASA og Boeing på Li-S til fly: NASAs SABERS-projekt har et flerlaget svovlbatteri, der nåede 500 Wh/kg, hvilket kan muliggøre elektriske fly eller avancerede droner businessaviation.aero.
Det er tydeligt, at et globalt økosystem af innovatører driver aluminium- og svovlbatterier fremad – fra små startups til hæderkronede nationale laboratorier. De næste par år (2025–2030) vil sandsynligvis se nogle af disse indsatser bære frugt i form af rigtige produkter og pilotprojekter.
Gennembrud og nylige innovationer (2024–2025)
Perioden 2024 til 2025 har været særligt spændende for udviklingen af aluminium- og svovlbatterier, med flere bemærkelsesværdige gennembrud:
- Jan 2024 – Aluminium-svovl ved 85 °C (Nature Communications): Forskere demonstrerede et nyt aluminium–svovl-batteri, der fungerer ved 85 °C med en kvaternær smeltet salt-elektrolyt, offentliggjort i Nature Communications nature.com. Dette batteri viste hurtig opladningsevne og overraskende lang levetid: det bevarede 85,4 % af sin kapacitet efter 1.400 cyklusser ved 1C opladningshastighed nature.com. Vigtigt er det, at 85 °C er en stor forbedring i forhold til tidligere smeltet-salt-batterier, der krævede 110–180 °C nature.com. Holdet opnåede dette ved at formulere en særlig blanding af salte (alkali-chloroaluminater) med et lavt smeltepunkt, hvilket også lettede hurtig aluminium-ion-bevægelse nature.com. De brugte også en nitrogendopet porøs kulkatode, der hjalp svovlreaktionerne med at forløbe hurtigt nature.com. Dette resultat er betydningsfuldt, fordi det peger mod praktiske, lavpris netbatterier, der kunne fungere med simpel opvarmning (selv blot varmt vand som varmekilde, som forfatterne bemærker nature.com) og levere hurtig opladning uden nedbrydning. Det er et skridt mod at gøre MIT Al-S batterikonceptet mere brugervenligt og mobilt.
- Okt 2024 – Lyten annoncerer Li-S Gigafactory: Lyten’s annoncering af en lithium-svovl batteri-gigafabrik i Nevada var en stor brancheoverskrift i slutningen af 2024 lyten.com. Den er planlagt til at blive den første i verden gigafabrik dedikeret til Li-S celler, med et mål om 10 GWh/år produktion i 2027 lyten.com. Endnu mere bemærkelsesværdigt var, at Lyten udtalte, at deres Li-S batterier allerede er på vej ind på udvalgte markeder i 2024 og 2025 – specifikt har de kunder inden for mikromobilitet (elcykler, løbehjul), rumfart (måske satellitter eller højhøjde-droner), droner og forsvarsapplikationer, der bruger deres batterier lyten.com. Dette antyder, at Lyten er gået fra laboratorieprototyper til pilotproduktion og faktisk brug i felten inden for disse nicher. Beslutningen om at bygge en stor fabrik indikerer tillid til at kunne skalere teknologien og at efterspørgslen vil materialisere sig. Det er også et stort signal til batteriindustrien og investorer om, at lithium-svovl nærmer sig klarhed til bred anvendelse. Vi kan snart se produkter, der reklamerer med “Li-S batteri indeni”, i det mindste i high-end eller specialiserede applikationer, som følge af dette.
- Mar 2025 – Theion rejser kapital, hævder 3× energi: I marts 2025 rapporterede Reuters, at Theion havde rejst 15 mio. euro for at skalere deres svovlbatteri, som “lagrer mere energi, men koster meget mindre end konventionelle lithium-ion-batterier.” reuters.com Theion afslørede noget af deres tekniske strategi offentligt og sagde, at deres celler har tre gange så høj energitæthed som Li-ion, til en tredjedel af prisen og en tredjedel af CO₂-udledningen, som nævnt tidligere reuters.com. De adresserede de store bekymringer ved at sige, at de undgår hurtig korrosion ved at bruge krystallinsk svovl og håndterer udvidelse ved at forud-udvide katodestrukturen reuters.com. Kapitalen vil hjælpe dem med at gå fra møntceller til større pouch-celler (egnet til elbiler eller fly) reuters.com. Denne udvikling minder om, at ikke kun én, men flere startups (Lyten, Theion, andre) når milepæle og tiltrækker investeringer, hvilket øger sandsynligheden for, at mindst én vil få kommerciel succes. Det minder lidt om de tidlige dage med lithium-ion, hvor flere virksomheder og lande deltog i kapløbet – her har vi amerikanske og europæiske aktører, der satser på svovlbatterier samtidig.
- 2023 – 2024 – Løsning af svovlcyklusens livspuslespil: Gennem 2023 og ind i 2024 offentliggjorde flere forskergrupper fremskridt i at forlænge levetiden for svovlbatterier. Et højdepunkt var det Argonne-ledede studie (offentliggjort august 2022 i Nature Communications), der demonstrerede, at et redox-aktivt mellemlag dramatisk kan forbedre Li-S-batteriets stabilitet anl.gov. I begyndelsen af 2023 rapporterede de, at denne tilgang giver celler, der bevarer høj kapacitet over hundredvis af cyklusser anl.gov, og bringer Li-S tættere på at være levedygtig til daglig brug. I midten af 2024 rapporterede et andet team om et foldbart, fleksibelt Li-S-batteri med en særlig jernsulfid-katode, der endda kunne modstå at blive skåret uden at fejle acs.org – en ny løsning til bærbar eller fleksibel elektronik med Li-S. Disse trinvise innovationer er vigtige: de adresserer de praktiske problemer (som polysulfid-håndtering, mekaniske belastninger osv.) ét ad gangen. Hver forbedring bringer Li-S-celler tættere på at opfylde de strenge krav fra kommerciel elektronik og køretøjer.
- 2024 – Forskning og udvikling i aluminiumbatterier tager fart: På aluminiumsfronten så man også interessant forskning i slutningen af 2024. Forskere undersøgte nye katodematerialer til aluminium-ion-batterier, såsom koboltsulfid, for at opnå højere kapacitet og bedre forståelse af oplagringsmekanismer for ladning nature.com. Der er en voksende mængde arbejde med “multivalente” batterier (inklusive Al, Mg, Zn), som ofte deler udfordringer og gennembrud – for eksempel kan forbedrede elektrolytter, der hjælper ét system, nogle gange anvendes på et andet advanced.onlinelibrary.wiley.com. Vi ser også lande som Indien investere i aluminiumbatteriteknologi, ikke kun via Phinergys aluminium-luft, men også i akademisk forskning for at skabe et genopladeligt aluminiumbatteri egnet til indiske forhold (med regeringen, der finansierer projekter under sin nationale energilagringsmission). Selvom disse endnu ikke har skabt globale overskrifter, bidrager de til en fremdrift, der opbygges omkring aluminiumbatterier verden over.
- Politiske og Markedssignaler: Gennembrudshistorierne handler ikke kun om teknik. I 2024–2025 ser vi stærke markedssignaler, der understøtter disse nye batterier. Den amerikanske regerings Inflation Reduction Act (IRA) og andre politikker fremmer indenlandske batteriforsyningskæder – hvilket gavner kemier, der kan produceres med lokalt fremskaffede materialer som svovl (USA producerer meget svovl fra olieraffinering) og aluminium. Lytens gigafabrik i Nevada og det amerikanske forsvarsministeriums interesse for letvægts Li-S batterier til soldater eller satellitter er resultater af disse incitamenter lyten.com. I Europa gør fokus på bæredygtighed et kobolt- og nikkelfrit batteri meget attraktivt, derfor EU-finansiering til projekter som Theion og andre. Selv i Kina, hvor lithium-ion produktion dominerer, har der været statsstøttede programmer for “næste generations” batterier (for eksempel arbejder CATL angiveligt på et natrium-ion + svovl hybridbatteri til lancering omkring 2023/24 til stationær lagring). Alle disse tendenser indikerer, at tiden er moden for aluminium- og svovlbatterier – verden leder efter løsninger, og teknologien er ved at indhente disse behov.
Essensen er, at de sidste to år har forvandlet aluminium- og svovlbatterier fra en niche-labkuriositet til seriøse kandidater til fremtidens energilagring. Som en forsker rammende sagde, “Vi er et skridt tættere på at se denne teknologi i vores hverdag.” anl.gov Den trin-for-trin fremgang er præcis det, der sker nu, og det næste skridt vil være bredere kommercialisering og opskalering af disse innovationer.
Potentielle Anvendelser og Indvirkning på Ren Energi og Elbiler
Fremkomsten af aluminium- og svovlbatterier kan påvirke en bred vifte af sektorer. Her er nogle af de mest lovende anvendelser og deres implikationer:
- 🏠 Vedvarende energilagring (net og hjem): Måske den største kortsigtede effekt vil være inden for stationær energilagring til ren energi. En af de store udfordringer ved vedvarende energi (sol, vind) er intermittens – solen og vinden er ikke tilgængelige døgnet rundt, så vi har brug for enorme, økonomiske batterier til at lagre energi, når de ikke producerer. Lithium-ion-batterier er begyndt at blive brugt til netlagring, men de er stadig relativt dyre og afhængige af importerede materialer. Aluminium-svovl- og natrium-svovl-batterier, med deres meget billige komponenter, kunne drastisk reducere omkostningerne ved at lagre en kilowatt-time. MIT’s Sadoway har specifikt rettet sig mod hjemme- og nabolagsskalaen med sit Al-S-batteri – “den størrelse, der er nødvendig for at forsyne et enkelt hjem eller en lille til mellemstor virksomhed” (i størrelsesordenen titals kWh) news.mit.edu. Sådanne batterier ville gøre det muligt for husejere med solceller på taget at lagre energi fra dagtimerne til brug om natten billigt, eller for små virksomheder at have backup-strøm uden en dieselgenerator. I større skala kunne forsyningsselskaber installere enorme banker af aluminium- eller natrium-svovl-batterier for at udjævne produktionen fra vedvarende energi. Universitetet i Sydneys team bemærkede, at deres billige Na-S-batteri kunne “betydeligt reducere omkostningerne ved overgangen til en afkarboniseret økonomi” ved at levere overkommelig lagring sydney.edu.au. I områder uden geografi til pumpet vandkraftlagring er disse elektrokemiske løsninger nøglen. Derudover, da disse nye batterier er ikke-brændbare (vigtigt for samfundets sikkerhed) og bruger rigelige materialer, kan de produceres og installeres lokalt i mange regioner – hvilket øger energisikkerheden. Overordnet set vil udbredt anvendelse af stationære aluminium/svovl-batterier muliggøre højere andel af vedvarende energi, reducere spild (spildt sol/vind på grund af manglende lagring) og hjælpe med at stabilisere elnettet med ren, fleksibel strøm.
- 🚗 Elektriske køretøjer (EV’er): Lettere og mere energieffektive batterier er den hellige gral for EV’er og endda elektrisk luftfart. Lithium-svovl-batterier er særligt attraktive her. Et Li-S-batteri kunne dramatisk forlænge rækkevidden for en EV uden at tilføje vægt – eller omvendt muliggøre samme rækkevidde med et meget lettere batteri, hvilket forbedrer effektiviteten. For eksempel, hvis en EV i dag har brug for et 600 kg Li-ion-batteri for 300 miles rækkevidde, kunne et Li-S-batteri med dobbelt energitæthed opnå det med ~300 kg, hvilket markant reducerer køretøjets vægt. Dette forbedrer acceleration, håndtering og reducerer energiforbruget pr. mile. Det kunne også gøre elektriske lastbiler og busser mere levedygtige ved at frigøre nyttelast. Virksomheder som Oxis Energy (før de lukkede) og Sion Power arbejdede sammen med luftfarts- og bilpartnere om Li-S prototypebatterier til langdistancefly og EV’er. Faktisk drev Sion Powers tidligere Li-S-celler en High Altitude Pseudo-Satellite (et ubemandet solfly) til at slå varighedsrekorder for flyvning i 2010’erne. For nylig har NASA og Airbus set på Li-S som en af de eneste måder at opnå de nødvendige 500 Wh/kg til praktiske elektriske passagerfly businessaviation.aero – deres SABERS-projekts succes antyder regionale elektriske fly på vej, der bruger svovlbatterier. Elektriske flyvende taxaer og droner ville ligeledes have fordel; Theion nævnte eksplicit flyvende køretøjer som et mål reuters.com. Ud over Li-S har selv aluminium-luft-batterier en rolle i EV’er: de kunne fungere som et rækkeviddeforlænger-modul, som du aktiverer til lange ture. Forestil dig en EV med et lille Li-ion-batteri til daglig pendling og et aluminium-luft “hjælpebatteri”, som du kun fylder op (udskifter aluminium) når du tager på en 1.000 km lang biltur. Sådanne hybride batteriarkitekturer overvejes i projekter af Indian Oil/Phinergy og andre. Vi skal bemærke, at almindelige EV’er ikke skifter til en helt ny kemi fra den ene dag til den anden – sikkerhed, levetid og lynopladning skal bevises – men i slutningen af 2020’erne er det sandsynligt, at high-end modeller eller specialkøretøjer kan komme med næste generations batterier. Hvis de gør, kan det løfte EV-ydeevnen til nye højder (500+ miles rækkevidde, meget hurtig opladning, lettere biler) og reducere afhængigheden af kritiske mineraler, hvilket muliggør EV-udbredelse i større skala uden ressourceflaskehalse.
- 📱 Bærbar elektronik og wearables: Din fremtidige smartphone eller bærbare computer kunne også få glæde af svovl- eller aluminiumbatterier, selvom disse anvendelser kræver lang cykluslevetid og lav selvafladning (områder hvor Li-ion i øjeblikket udmærker sig). Et lithium-svovl-batteri kunne få din telefon til at holde i flere dage mellem opladninger – husk Monash Universitys koncept om en telefon, der holder 5 dage på et Li-S batteri advancedsciencenews.com. Vægtreduktionen er mindre kritisk for en telefon, men energitætheden er vigtig. En udfordring her er, at forbrugerelektronik forventer hundredvis af cyklusser og flere års levetid; Li-S skal forfines yderligere for at opfylde dette. Alligevel kan vi måske se niche-gadgets eller wearables tage dem i brug, hvis de giver fordele i formfaktor. Aluminiumbatterier, især de fleksible designs som Stanfords, kunne muliggøre foldbare eller rullbare gadgets. For eksempel kunne et aluminium-ion-batteri, der er fleksibelt, integreres i remmen på et smartwatch eller i smart tøj. Da Al-ion også kan gøres meget sikkert (ingen brandrisiko), kunne de bygges ind i enheder uden store beskyttende kabinetter, måske endda muliggøre mere kreativ industriel design. Dette er spekulativt, men efterhånden som produktionen forbedres, kunne forbrugerelektronik blive et vigtigt marked (det var det trods alt for lithium-ions indledende vækst i 1990’erne).
- ⚡ Lynopladningsinfrastruktur: En mindre åbenlys, men vigtig anvendelse er at bruge disse nye batterier til at muliggøre lynopladning af elbiler og stabilisere elnettet. Som professor Sadoway påpegede, hvis mange elbiler forsøger at lade op på én gang (som flere biler ved en rasteplads), stiger strømforbruget til et niveau, elnettet ikke let kan levere news.mit.edu. I stedet for at opgradere elnettet er det smartere at installere en batteribuffer ved ladestationerne – batteriet oplades langsomt fra nettet og kan derefter hurtigt afgive strøm til bilerne, når det er nødvendigt. For sådanne bufferbatterier er pris og sikkerhed altafgørende, og vægten er mindre vigtig. Det gør aluminium-svovl eller natrium-svovl til ideelle kandidater. De står på stedet, lagrer energi billigt, kan ikke brænde, og kan afgive strøm hurtigt. Sadoway nævnte specifikt, at Al-S systemer kunne “eliminere behovet for at installere dyre nye elledninger” til klynger af lynladere news.mit.edu. Grundlæggende kan disse batterier fungere som støddæmpere for elnettet, opsuge overskudsenergi og frigive den efter behov, uanset om det er til elbilopladningstoppe eller for at balancere udsving i vedvarende energiproduktion.
- 🏭 Industriel og kommerciel backup: Ligesom telekomtårne bruger aluminium-luft til backup-strøm, kunne andre industrier og kommercielle faciliteter bruge aluminium- eller svovlbatterier for at sikre pålidelighed og reducere afhængigheden af dieselgeneratorer. Datacentre, for eksempel, efterspørger batterier, der er sikre, har lang standby-levetid og er omkostningseffektive i stor skala – man kan forestille sig natrium-svovl-batterirum, der erstatter de lithium-ion- eller blysyrebatteribanker, der i øjeblikket bruges til UPS (uafbrudt strømforsyning). På fjerntliggende eller off-grid steder er billige batterier, der ikke kræver hyppig udskiftning, ekstremt værdifulde (færre vedligeholdelsesture). Aluminium-svovlbatterier, der forventes at være meget billige pr. kWh, kunne muliggøre mikronet i landdistrikter eller øsamfund, kombineret med sol/vind, for at levere strøm døgnet rundt uden at sprænge budgettet.
- 🚀 Rumfart og forsvar: Den høje ydeevne for disse batterier er naturligt attraktiv for rumfarts- og forsvarsapplikationer. Som nævnt har satellitter og højtflyvende droner (pseudo-satellitter) med succes brugt Li-S på grund af dens lave vægt og gode ydeevne ved lave temperaturer (rumbatterier kører ofte koldt). Det amerikanske militær er interesseret i lettere batterier til soldater (for at reducere byrden ved at bære mange kilo Li-ion-batterier) – et svovlbatteri kunne dramatisk lette den byrde. Derudover, da svovlbatterier ikke har iltfrigivende forbindelser (i modsætning til Li-ion, som kan frigive O₂ ved termisk runaway), kan de være sikrere i lukkede miljøer som ubåde eller rumfartøjer. Aluminium-luft kunne fungere som en undervandsstrømkilde til langvarige ubemandede ubåde, hvor genopfyldning med aluminium er mulig. Forsvarssektoren fungerer ofte som tidlig adopter af banebrydende teknologi, der senere breder sig, så deres investering i aluminium- og svovlbatteriteknologi kan fremskynde udviklingen. Faktisk antyder Lytens indledende engagementer i 2024–25 med rum-, drone- og forsvarsmarkederne, at forsvarskontrakter er med til at bevise teknologien lyten.com før bredere forbrugerbrug.
I alle disse anvendelser er den overordnede effekt at muliggøre den grønne omstilling hurtigere og mere effektivt. Ved at sænke batteriomkostningerne og frigøre os fra lithium-ions forsyningskæde, kunne aluminium- og svovlbatterier gøre elbiler mere overkommelige for flere mennesker (kritisk for at afkarbonisere transport), gøre vedvarende energi mere pålidelig og udbredt (kritisk for at afkarbonisere elproduktion), og endda skabe nye muligheder som elektrisk flyvning. De har også miljømæssige fordele i brug: f.eks. ved at erstatte diesel-backupgeneratorer med aluminium-luft- eller natrium-svovlbatterier reduceres lokal luftforurening og CO₂-udledning. Hvis teknologien lever op til sit løfte, kunne verden se billigere elbiler, mere robuste grønne elnet og en reduktion i minedrift af sjældne metaller – en positiv spiral for både økonomien og miljøet.
Økonomiske og miljømæssige konsekvenser
Fra et økonomisk perspektiv kan aluminium- og svovlbatterier være forstyrrende på den bedst mulige måde: ved at sænke omkostningerne ved energilagring og diversificere forsyningskæden. Et batteri udgør en betydelig del af prisen på en elbil eller et vedvarende energisystem, så billigere batterier betyder billigere produkter og hurtigere udbredelse. Analytikere har bemærket, at materialer som aluminium og svovl koster en brøkdel af lithium, nikkel eller kobolt. For eksempel anslog et estimat, at materialeomkostningerne for aluminium-svovlceller kun er ~15% af en tilsvarende lithium-ion-celle news.mit.edu. Hvis disse besparelser overføres til produktionen, kan vi se batteripriser (pr. kWh) falde langt under den nuværende lithium-ion-læringskurve. Billig lagring kan så drive økonomisk vækst ved at muliggøre nye forretningsmodeller (som flere solcelleparker, fælles lagringsprojekter osv.) og ved at reducere energiomkostningerne for forbrugerne (forestil dig at oplade dit hjemmebatteri hver eftermiddag med solenergi og aldrig betale spidsbelastningspriser til elnettet).
Der er også en geopolitisk vinkel: Lithium-ion-produktion er i dag stærkt koncentreret (med Kina som dominerende inden for celleproduktion og lande som DRC, der leverer nøglemineraler). Aluminium smeltes dog over hele verden (og genanvendelse giver også en lokal kilde), og svovl er allestedsnærværende. Mange lande, der ikke har lithiumressourcer, har stærke aluminiumindustrier (f.eks. Indien, som vi så med IOC Phinergy). Så aluminiumbaserede batterier kan gøre det muligt for flere nationer at opbygge indenlandske batteriindustrier uden at være afhængige af importeret lithium eller kobolt. Denne diversificering kan reducere globale forsyningskæderisici og gøre overgangen til elektrisk mobilitet og vedvarende energi mere robust over for mangler eller politisk ustabilitet. I Nevada er den planlagte Lyten-fabrik et eksempel – brugen af amerikansk-skaffet svovl og samling af batterier lokalt lyten.com stemmer overens med politikker om at hjemtage batteriforsyningen og skabe lokale arbejdspladser (de forventer 1.000 jobs ved fuld kapacitet på den ene fabrik lyten.com).
På miljøsiden tilbyder disse batterier flere fordele:
- Lavere CO₂-aftryk: Fremstilling af batterier er energikrævende, men svovl- og aluminiumbatterier kan fremstilles med mindre eksotisk forarbejdning. Raffinering af kobolt og nikkel er særligt CO₂-tungt. Ved at udelade disse kan producenterne sænke CO₂-udledningen pr. kWh batteri. Theion hævdede en 2/3-reduktion i CO₂-aftryk for deres svovlbatterier sammenlignet med Li-ion reuters.com. Desuden kan svovl skaffes som et affaldsprodukt (praktisk talt ingen ekstra CO₂-omkostning for at få det), og genanvendelse af aluminium bruger kun ~5% af energien i forhold til primær aluminiumproduktion – så brug af genanvendt aluminium i batterier vil markant reducere deres indlejrede energi.
- Genbrug og slutning af levetid: Aluminium er allerede et af de mest genanvendte materialer (tænk på aluminiumsdåser). Der findes en infrastruktur til at smelte skrotaluminium om og genbruge det. Hvis aluminiums-metalbatterier bliver almindelige, kan man forestille sig, at brugte aluminiumsanoder rutinemæssigt bliver indsamlet og genanvendt med høj effektivitet – en cirkulær økonomi for batterimetallet. Svovl kan i en batterisammenhæng være sværere at genanvende direkte fra celler (især hvis det er bundet i forbindelser), men da det er billigt og ikke-giftigt, er det ikke en lige så stor miljøfare, selv hvis det ender på losseplads, som f.eks. bly eller cadmium i ældre batterier. Forskere kan finde måder at genvinde svovl eller omdanne affaldssvovl fra batterier til nyttige kemikalier (svovl bruges f.eks. også i gødning). Manglen på tungmetaller i disse batterier betyder mindre giftigt elektronikaffald hvis de bortskaffes forkert, og ideelt set nemmere håndtering på genbrugsanlæg.
- Reduceret minepåvirkning: Udvindingen af lithium, kobolt og nikkel har betydelige miljømæssige og sociale konsekvenser – fra vandforbrug ved lithiumudvinding fra saltlage, til ødelæggelse af levesteder og forurening omkring nikkelminer, til børnearbejde i nogle koboltminer. Ved at reducere eller eliminere behovet for disse materialer kan aluminium- og svovlbatterier mindske disse belastninger. Aluminium er ikke uden påvirkning (bauxitudvinding og aluminiumsproduktion har deres egne problemer som rødslamaffald og højt elforbrug), men disse processer er velregulerede i mange lande, og teknologien forbedres (f.eks. inerte anoder til aluminiumsproduktion for at reducere emissioner). Og igen, genanvendelse af aluminium mindsker behovet for ny minedrift betydeligt. Svovlforbruget handler mest om at genanvende et eksisterende biprodukt – det kan faktisk løse et problem (kæmpe svovllagre) i stedet for at skabe et.
- Sikkerhed og sundhed: Batteribrande har været et problem med lithium-ion, da brændende Li-ion frigiver giftige dampe og kan forårsage brande, der er svære at slukke (som nogle elbilbrande har vist). Ikke-brændbare batterier betyder færre brandhændelser, hvilket er en sikkerhedsgevinst for samfundet. Det betyder også sikrere håndtering af batterier under transport og på skrotpladser. For eksempel udgør skrottede elbiler med Li-ion-batterier en brandrisiko, hvis de beskadiges; en elbil med et aluminium-svovl-batteri kan være meget sikrere at skille ad. Ligeledes i forbrugerenheder – færre enheder, der eksploderer eller bryder i brand (tænk på de berygtede telefonbatteribrande), er gavnligt for folkesundheden og tilliden til batteriteknologi.
- Ren backup-strøm: I områder, der i øjeblikket er afhængige af dieselgeneratorer til backup eller fjernstrøm (øer, nødhjælpscentre, telemasttårne), vil udskiftning med aluminium-luft- eller natrium-svovlbatterier eliminere forbrænding af diesel, hvilket betyder ingen drivhusgasudledning, ingen partikelforurening og ingen støj. Dette er en direkte miljø- og livskvalitetsforbedring. For eksempel vil telemasttårne, der kører på aluminium-luft i Indien, producere nul lokale emissioner, mens dieselgeneratorer bidrager til luftforurening og CO2-udledning.
Alt i alt har aluminium- og svovlbatterier potentiale til at demokratisere energilagring – gøre det så billigt og miljøvenligt, at vi kan bruge batterier overalt, hvor vi har brug for dem, for at muliggøre en ren energifremtid. De vil ikke være en universalløsning (vi vil sandsynligvis have en blanding af batteriteknologier i brug), men deres indtog på markedet kan presse priserne ned og tvinge alle batteriproducenter til at forbedre bæredygtigheden.
Selvfølgelig er økonomisk succes for disse batterier ikke garanteret; de skal bevise, at de kan produceres billigt og fungere pålideligt i stor skala. Men de seneste investeringer og prototypers succeser er meget opmuntrende. Hvis de lykkes, er udbyttet ikke kun billigere elbiler eller bedre gadgets – det er en meningsfuld reduktion af miljøbelastningen fra vores batteriforbrug og et løft til de globale afkarboniseringsindsatser.
Konklusion: En lys fremtid drevet af almindelige grundstoffer
Aluminium- og svovlbatterier, der engang blev betragtet som outsider-teknologier, er hurtigt på vej mod kommerciel virkelighed. Disse batterier eksemplificerer en overbevisende idé: brug simple, rigelige ingredienser til at løse komplekse energiproblemer. I de seneste par år har fremskridt inden for kemi og materialeforskning bragt denne idé meget tættere på realisering. Vi har nu prototype aluminium-svovl-celler, der kan lynoplades på få minutter og køre i tusindvis af cyklusser nature.com, lithium-svovlbatterier, der når energitætheder, man kun kunne drømme om for ti år siden reuters.com, og endda aluminium-luft-systemer, der er begyndt at levere ren energi i praksis evreporter.com.
Overgangen væk fra vores afhængighed af sjældne metaller og dyre importvarer og hen imod batterier lavet af “bund-udsalg”-elementer som Al og S, kan omforme batteriindustrien på samme måde, som silicium gjorde for elektronikindustrien – hvilket muliggør enorm skalering og omkostningsreduktion. Som Sadoway bemærkede, har disse nye batterier “alt det andet, du kunne drømme om, at et batteri skulle have: billige elektroder, god sikkerhed, lynhurtig opladning, fleksibilitet og lang levetid” news.stanford.edu. Der er stadig udfordringer, der skal løses, men retningen er klar.
I de kommende år kan vi forvente at høre om pilotprojekter (måske et solcelleanlæg i Californien, der bruger MIT’s aluminium-svovl-celler, eller en drone drevet af et Lyten Li-S-batteri, der sætter udholdenhedsrekorder). Når produktionen øges, bør omkostningerne falde yderligere, og eventuelle resterende tekniske udfordringer – hvad enten det er levetid eller driftstemperatur – vil sandsynligvis blive løst af den intense forskning, der i øjeblikket foregår over hele verden.
For den brede befolkning kan effekten mærkes på subtile, men vigtige måder: en elbil, der er billigere og kører længere, en smartphone, der holder strøm hele weekenden, et nabolag, der holder lyset tændt med et batteri, når et stormvejr slår elnettet ud – velvidende at alt dette sker med materialer, der er lige så almindelige som aluminiumsfolie og havegødning (svovl). Verdens appetit på batterier vokser kun, og aluminium- og svovlteknologier sikrer, at vi kan dække dette behov på en bæredygtig måde.
Som en af de forskere, der er involveret i udviklingen af disse batterier, optimistisk udtalte, “Disse resultater demonstrerer … en enorm indflydelse på [batteri]udviklingen. Vi er et skridt tættere på at se denne teknologi i vores hverdag.” anl.gov Fremtiden, hvor vores liv drives af aluminium og svovl – to af Jordens mest beskedne grundstoffer – er nu tydeligt i horisonten. Revolutionen inden for energilagring er i gang, og den bygges på fundamentet af almindelig kemi, innovativ ingeniørkunst og det presserende behov for en renere, billigere energifremtid.
Kilder: Oplysningerne og citaterne i denne rapport er hentet fra nylige troværdige kilder, herunder fagfællebedømte studier, universitets-pressemeddelelser, industrinyheder og Reuters-rapporter. Centrale referencer inkluderer MIT News om aluminium-svovl-batteriet news.mit.edu, Argonne National Labs gennembrud inden for lithium-svovl anl.gov, Reuters’ dækning af Theion og Lytens udvikling reuters.com, lyten.com, og interviews med brancheledere (f.eks. Phinergys CEO om aluminium-lufts fordele evreporter.com). Disse og andre henvisninger gennem teksten giver detaljeret dokumentation for de fremsatte påstande.
