Den globala efterfrågan
I takt med att den globala efterfrågan på ren energi och elektrifiering – särskilt när det gäller elfordon – fortsätter att öka, har efterfrågan på batteribaserad teknik, som är en integrerad del av dessa branscher, skjutit i höjden.
För närvarande dominerar traditionella litiumjonbatterier marknaden för energilagring. Litiumjonbatterier har dock vissa nackdelar. Dessa omfattar höga tillverkningskostnader, begränsad livslängd, säkerhetsrisker och miljöpåverkan.
I dag har den största utmaningen varit att vidareutveckla batteritekniken för att möta denna efterfrågan – alternativ till litiumjonbatteriet.
Kan grafenbatterier vara lösningen?
Innovation inom grafen
Under de senaste 20 åren har utvecklingen av innovativa tillämpningar av grafen tagit fart inom olika branscher, från bärbar elektronik till energilagring och energiutvinning.
Grafen har visat sig ha anmärkningsvärda egenskaper. Det består av ett enda skikt av kolatomer – ordnade i ett hexagonalt gitter – vilket gör det till världens tunnaste material. Samtidigt är det dock exceptionellt starkt; mycket starkare än material som stål och diamant.
Tack vare sina egenskaper som lättvikt och hållbarhet har det redan visat sig vara användbart inom bil- och flygindustrin, där det bidrar till att sänka bränsleförbrukningen och koldioxidutsläppen. Dessutom möjliggör grafenets exceptionella elektriska ledningsförmåga snabbare laddning och förbättrad värmesäkerhet, och det kan integreras i traditionella litiumjonbatterier för att avsevärt förbättra prestandan.
Även om andra hållbara batterier, till exempel natriumbaserade batterier, utgör ett billigare och mer miljövänligt alternativ, har de kända nackdelar såsom låg energitäthet. Detta innebär lägre energilagringskapacitet och kortare livslängd, vilket gör det osannolikt att de skulle vara kommersiellt lönsamma för användning i elfordon, där båda dessa egenskaper är nödvändiga.
Grafenets mångsidighet gör det därför till en banbrytande faktor inom förnybar energi och energilagring, och till en värdig utmanare till litium.
Patentering av grafenbaserade uppfinningar
I samband med publiceringen av Europeiska patentverkets (EPO) patentindex för 2024 presenterades nyckeltal och trender inom patentverksamheten. Statistiken visar bland annat att antalet ansökningar inom sektorn för elektriska maskiner, apparater och energi har ökat med 64,8 % under det senaste decenniet. Detta omfattar även batteriteknik, vilket gör denna sektor till den snabbast växande av alla 35 teknikområden vid EPO sedan 2015.
Sedan den europeiska klimatlagen antogs 2021, där målet om klimatneutralitet i EU senast 2050 fastställdes, har även den hållbara förnybara energin och den elektriska mobiliteten ökat. EPO:s patentindex visar att batteriteknik är ett nyckelområde för energiomställningen – en övergång till renare och förnybar energi – vilket har lett till en tillväxt på 24 % i antalet patentansökningar under 2024 jämfört med föregående år.
EPO:s statistik speglade de branschtrender som publicerades i Volta Foundations årliga batterirapport. Rapporten visade att den globala försäljningen av elfordon, inklusive batteridrivna modeller, ökade med 25 % under 2024. Förutom batterilagringssystem (BESS) vinner även anordningar som lagrar el – såsom National Grid – mark när det gäller batterianvändningen.
För närvarande domineras marknaden för batteriteknik av Asien, och LG, Samsung och Toyota Motor finns bland de tio största europeiska patentansökande som lämnade in ansökningar under 2024.
Kommersialisering
Grafenbatteribranschen utvecklas i snabb takt, vilket påskyndas av investeringar från regeringar, forskningsinstitut och privata företag.
Under 2015 gjordes en betydande investering på 61 miljoner pund av den brittiska regeringen och Europeiska regionala utvecklingsfonden (ERUF) för att stödja forskningen vid National Graphene Institute. Denna finansiering har möjliggjort viktiga samarbeten mellan industriella partner och ledande akademiska experter vid University of Manchester för att utveckla och lansera nya tekniker, produkter och processer som utnyttjar grafenets enastående egenskaper.
Andra initiativ, såsom EU:s flaggskeppsprojekt för grafen, har lett till lanseringen av ”Ipower Batteries”, ett grafenbaserat blybatteri. I detta avseende har marknaden drivits av efterfrågan på miljövänligare och effektivare lösningar för elfordon.
Även om forskningen och utvecklingen av grafenbatterier går på högvarv är det inte utan utmaningar. I takt med att efterfrågan på grafenmaterial ökar kommer den största flaskhalsen att vara att uppnå produktion i industriell skala. Nyligen publicerade ett samarbete mellan Swansea University och en grupp kinesiska universitet en artikel i Nature Chemical Engineering där de redogjorde för sitt tillvägagångssätt för kommersiell uppskalning av grafenfolie för användning i värmesäkerhetssystem i litiumjonbatterier. Detta är ett steg framåt för uppskalningen av grafenproduktionen på kommersiell nivå.
Dessutom, USA NanoTech Energy, ett ledande företag inom grafenbaserade energilagringslösningar, har ingått ett samarbete med Geuyang som specialiserar sig på katodmaterialteknik med hög nickelhalt (97 %). Samarbetet mellan de två företagen går ut på att gemensamt kombinera sina respektive batteritekniker och uppnå massproduktion. Detta kommer att göra det möjligt för deras verksamheter att expandera till elfordon, bärbar elektronik och energilagringssystem. Det kommer också att utgöra ett viktigt steg mot att påskynda innovation inom batterisäkerhet och prestanda genom användning av grafen.
Framtida utveckling
Sammantaget går utvecklingen av grafen i batterier snabbt framåt. Att utnyttja grafenets fulla potential är en viktig drivkraft för batteriinnovation och medför fördelar inom tillverkning, lagring och användning.
Ett centralt fokus inom batteriforskning och -utveckling under de senaste åren har varit utvecklingen av fastfasbatterier, där det är en prioritet att lösa utmaningarna med att skala upp tillverkningsprocesserna, hantera kostnaderna och ta itu med kompatibilitetsproblem med befintlig batteriteknik och infrastruktur.
I detta avseende kan grafenbatterier komma att spela en avgörande roll för utvecklingen av den framtida marknaden för elbilsbatterier och energilagring, och leda till spännande nya resultat och tekniska genombrott.
Om du vill fortsätta samtalet är du välkommen att kontakta författaren eller din vanliga advokat hos Barker Brettell.
”Grafenbatteribranschen utvecklas i snabb takt, pådriven av investeringar från regeringar, forskningsinstitut och privata företag”
