Text: IDTechEx

”Forever chemicals”, den vardagliga termen för familjen av kemikalier som kallas PFAS (per- och polyfluoralkylsubstanser), utsätts för ökande regleringstryck globalt, med växande oro över deras negativa hälso- och miljöpåverkan. Batteriindustrin, även om den har varit säker från tidig reglering, granskas nu också hårdare för sin fortsatta användning av PFAS.

I den nya rapporten ”Additives for Li-ion Batteries and PFAS-Free Batteries 2026-2036: Technologies, Players, Forecasts” utforskar IDTechEx användningen av PFAS i dagens batterier och identifierar icke-PFAS-alternativ som kommer att störa batterimaterialmarknaden för att spela en roll i kommersialiseringen av de första PFAS-fria batterierna. IDTechEx förutspår att marknaden för icke-PFAS-batteritillsatser kommer att överstiga 2 miljarder USD år 2036.

Hur och varför används PFAS i batterier?

PFAS är en klass av högfluorerade syntetiska material som täcker nästan 5 000 unika kemikalier med ett brett spektrum av tillämpningar. PFAS-material kan orsaka betydande skador på miljön och folkhälsan – med ökad cancerrisk, förorening av dricksvatten och utvecklingsförseningar bland de vanligaste. Trots detta innebär PFAS unika egenskaper att de fortfarande används i stor utsträckning inom olika branscher – och IDTechEx nya rapport visar att detsamma gäller inom batteriindustrin.

PFAS-material erbjuder utmärkt stabilitet, konduktivitet och vidhäftning, vilket gör dem idealiska för användning som bindemedel i litiumjonelektroder. Medan anodbindemedelssystem har övergått från PFAS, används de fortfarande i stor utsträckning i katoder, där PVDF (ett PFAS-material) är det dominerande bindemedlet. I takt med att elektrodtillverkning fortsätter att utvecklas och torra elektrodtillverkningsprocesser framträder, ersätts PVDF främst av PTFE (ännu ett PFAS-material).

PFAS är också mycket lämpade för användning som elektrolyttillsatser, som kan förbättra konduktivitet och stabilitet eller fungera som flamskyddsmedel. Ett brett utbud av PFAS-material kan användas här, inklusive PFAS-innehållande litiumsalter, organiska karbonater och hydrofluoroetrar, var och en med sin egen mycket skräddarsydda funktion inom elektrolytformuleringen.

Med ökad medvetenhet om PFAS skadliga effekter kommer dock ett växande hot om reglering. Detta sker vid en tidpunkt då litiumjonbatterier blir allt viktigare för sin roll inom elektrisk mobilitet och energilagring.

Som svar har IDTechEx rapport ”Additives for Li-ion Batteries and PFAS-Free Batteries 2026-2036: Technologies, Players, Forecasts” identifierat alternativa PFAS-fria material och system som kan användas i deras ställe i framtida PFAS-fria litiumjonceller. Rapporten belyser också viktiga aktörer som utvecklar denna teknik och den framtida inriktningen för forskning om PFAS-fria material.

PFAS-fria celler kommer att kräva förändringar av de material som används som bindemedel och elektrolyttillsatser. Källa: IDTechEx

Vilka finns det alternativ till PFAS?

För att ett PFAS-fritt material ska spela samma roll i en cell måste det ha de flesta eller alla samma egenskaper som den relevanta PFAS-aktören. Helst skulle dessa material också vara billiga, hållbara och kompatibla med dagens cellproduktionsprocesser. Det är förståeligt att det inte finns många material som kan uppfylla alla dessa krav och är kommersiellt redo idag. Steg för steg tas dock för att utveckla material som möjliggör PFAS-fria batterier.

På bindemedelsfronten har Leclanche redan meddelat att de tar bort PFAS från sina bindemedelssystem, och det finns ett brett utbud av polymerer som utforskas som ersättningar för PVDF. Dessa sträcker sig från syntetiska till biobaserade, och från nya specialtillverkade polymerer till de som används i stor utsträckning i andra kommersiella tillämpningar.

IDTechEx nya ”Additives for Li-ion Batteries and PFAS-Free Batteries 2026-2036: Technologies, Players, Forecasts” har funnit att polymerer inklusive polyakrylsyra (PAA) och polyetylenoxid (PEO) är bland de ledande alternativen utan PFAS, även om varje alternativ befinner sig i olika kommersialiseringsstadier som diskuteras i rapporten. På andra håll utvecklar aktörer som Nanoramic och 24M bindemedelssystem som inte alls är beroende av polymerer, vilket belyser de många olika lösningar som är möjliga för att sanera PFAS från bindemedel.

Liknande utvecklingar sker för elektrolyttillsatser, där E-Lyte nyligen tillkännagav en PFAS-fri elektrolytformulering. Den breda världen av elektrolyttillsatser inkluderar en mängd olika icke-PFAS-material som är kommersiellt gångbara och kan användas i PFAS-fria celler. Tillsatser som litiumbisoxalatoborat (LiBOB) och vinylenkarbonat (VC) används redan i många celler och kommer bara att få ökad framträdande plats på en marknad efter PFAS.

PFAS-sanering är dock inte så enkelt som direkt substitution, på grund av de specifika elektrolytformuleringarna i varje celldesign. Istället arbetar stora materialleverantörer hårt med att utveckla specialiserade…