De zoektocht naar de groene” batterij

De zoektocht naar de groene” batterij

AUTOMOTIVE.AT: De meeste batterijen voor elektrische auto's worden nu in Azië ontwikkeld en geproduceerd. Kan Europa het tempo van de innovatie in het Verre Oosten bijhouden?

BOSCHIDAR GANEV: In feite is de Europese auto-industrie nog steeds sterk afhankelijk van de import uit Azië voor voertuigaccu's. De EU wil daarom een ​​eigen batterijproductie opzetten die prestaties, duurzaamheid en het behoud van hulpbronnen combineert in de geest van de Green Deal. Deze batterijen zullen van bijzonder belang zijn voor fabrikanten die hun voertuigen niet alleen willen adverteren in termen van prestaties en actieradius, maar ook in termen van milieu- en klimaatvriendelijkheid en een batterij willen gebruiken die zo geschikt mogelijk is voor de Europese context. De doelvisie omvat onder meer: ​​batterij vervaardigd in Europa, met een zo hoog mogelijk aandeel hernieuwbare energie / transparantie over de samenstelling en herkomst van de materialen / minimalisering van kritische grondstoffen / goede prestaties in het ‘eerste’ leven, dat wil zeggen bij gebruik in een voertuig of vliegtuig / de mogelijkheid tot later gebruik in een ‘tweede’ leven, bijvoorbeeld als stationaire opslag. Last but not least is er de bewezen recycleerbaarheid wanneer de batterij eindelijk het einde van zijn levensduur heeft bereikt.

Wat kan het HighSpin-project bij AIT hieraan bijdragen?

Het HighSpin-consortium, geleid door AIT, bestaat uit 13 partners uit acht Europese landen. De Europese Commissie erkende al in 2017 de noodzaak van duurzame batterijproductie. Het doel van het ontwikkelen van een innovatieve celchemie is daarom om minder kritische grondstoffen te gebruiken en tegelijkertijd te voldoen aan de principes van de circulaire economie. Bovenal willen we de grondstof kobalt, die onder onmenselijke en milieubelastende omstandigheden wordt gedolven, vooral in Congo, vervangen door minder kritische grondstoffen. In het HighSpin-project testen we ook twee verschillende recyclingprocessen waarmee hoogwaardige metalen uit gebruikte cellen kunnen worden gehaald voor de productie van verse cellen.

Wat zijn de bijzondere kenmerken van deze celchemie?

Momenteel werken we aan de ontwikkeling van een anode van silicium/grafiet en een kathode van lithium-nikkel-mangaanoxide. De innovatieve batterijcel moet een zo hoog mogelijk aantal laadcycli halen en tegelijkertijd geschikt zijn voor second-life toepassingen en efficiënte recycling. De focus ligt ook op de schaalbaarheid van de celproductie, omdat de in het laboratorium ontwikkelde prototypes met zo weinig mogelijk inspanning industrieel in massa geproduceerd moeten kunnen worden.

Welke energiedichtheid en levensduur zullen de ‘groene’ energieopslagapparaten die in High Spin zijn ontwikkeld, hebben?

Ons hoofddoel is het realiseren van een cel met een energiedichtheid van 390 Wh/kg en een levensduur van minimaal 2000 laadcycli. De focus van ons onderzoekswerk ligt op de ontwikkeling van materialen en de geoptimaliseerde coördinatie van de elektroden en de daaruit vervaardigde elektrolyt. Voor de elektroden onderzoeken we innovatieve 3D-coatingstructuren om de vermogensdichtheid te vergroten. Vervolgens optimaliseren we de architectuur van de op deze manier ontwikkelde cellen voor de betreffende eisen van voertuigen en vliegtuigen en testen we deze in moduledemonstrators.

Hoeveel moeite zal het kosten om deze cellen op industriële schaal te produceren – moeten daarvoor nieuwe batterijfabrieken worden gebouwd?  

Een voordeel van deze 3e generatie batterijcellen is het gebruik van vloeibare elektrolyten, waardoor bestaande productiefaciliteiten kunnen worden gebruikt. Daarentegen moeten eerst nieuwe productieprocessen en productiesystemen worden ontwikkeld voor de 4e generatie solid-state batterijen, waarnaar momenteel wereldwijd onderzoek wordt gedaan. Deze toekomstige technologie zal op de middellange tot lange termijn zeker de race winnen, maar het zal waarschijnlijk nog vele jaren duren voordat dit zover is. Ondertussen zullen de in het HighSpin-project ontwikkelde batterijen met vloeibare elektrolyten een waardevolle bijdrage kunnen leveren aan de duurzaamheid van elektromobiliteit.

Wanneer zijn de ‘groene’ batterijen klaar voor serieproductie?

Ons onderzoeksproject loopt tot medio 2026. De door HighSpin ontwikkelde celchemie is dan onder realistische omstandigheden getest en beschikbaar gesteld aan de industrie. Hierdoor worden de batterijen verder ontwikkeld en worden hun toeleveringsketens en productiefaciliteiten aangepast. Afhankelijk van de beschikbaarheid van grondstoffen schat ik dat serieproductie vanaf 2028 voor voertuigen en vanaf 2030 voor vliegtuigen gerealiseerd zal worden.