Nieuwe batterijen bij de start

Nieuwe batterijen bij de start

Een derde van alle nieuwe auto’s die in China worden verkocht, heeft al een stekker, wat betekent dat het puur elektrische of hybride varianten zijn. De trend is sterk stijgend. In Europa wordt elke politieke inspanning geleverd om elektrische auto’s op de markt te brengen; verbrandingsmotoren worden meegeteld. Hoewel elektrische auto’s uit aanzienlijk minder onderdelen bestaan, zijn er toch belangrijke onderscheidende kenmerken. Terwijl bij verbrandingsmotoren de vraag was of diesel of benzine, is het bij elektrische voertuigen de vraag welke accutechnologie er in de romp zit. Momenteel domineert de lithium-ionbatterij. Maar andere technologieën proberen hierbij betrokken te raken, vooral natriumionbatterijen en lithiumijzerfosfaatbatterijen. Zoals zo vaak bestaat er momenteel niet één batterijtechnologie die alles kan: hoge energiedichtheid, hoge laadstromen, hoge cyclusstabiliteit, vlamvertragend en dat alles tegen de laagste prijs met een recyclingpercentage van 100 procent en gemakkelijk toegankelijke grondstoffen. Als dit alles in één technologie zou worden gecombineerd, zou e-mobiliteit geen kritiek meer hebben. Maar feit is: elke batterijtechnologie heeft zijn specifieke voor- en nadelen. Deze moeten zorgvuldig worden afgewogen om de beste technologie voor de betreffende toepassing te kunnen selecteren. Er zijn echter enorme tegenstrijdige doelstellingen op het gebied van elektrische auto's: aan de ene kant moet de actieradius zo groot mogelijk zijn, maar de auto moet voor de massa goedkoop in aanschaf zijn. Vanaf vandaag is dat niet meer mogelijk! Maar als je de doelen in de ene of de andere richting verschuift, kunnen alternatieve batterijtechnologieën al opwindende voordelen bieden.

Een vuistregel is: hoe groter de accu, hoe groter de actieradius. Maar ook: hoe hoger de prijs. Waarom heeft de lithium-ionbatterij momenteel zo’n dominante positie? We vragen het aan onderzoeker Marcus Jahn, hoofd van de Competence Unit Battery Technologies bij het Oostenrijkse Instituut voor Technologie (AIT), en een echte expert op het gebied van de verschillende batterijtechnologieën. “Al sinds begin jaren negentig kennen we de lithium-iontechnologie die we momenteel gebruiken. Inmiddels hebben we de cellen echter aanzienlijk krachtiger kunnen maken. Toch zitten we met dit type accu al dicht bij de fysieke grens. We kunnen hier geen noemenswaardige sprongen meer verwachten.” Lithium-ionbatterijen hebben een aantal onmiskenbare voordelen: ze bieden een hoge vermogensdichtheid, hebben een solide levensduur van ongeveer 1.000 oplaadcycli en zijn redelijk veilig om te bouwen. De keerzijde: lage temperaturen zijn niet je vriend, recycling is momenteel nog erg duur – omdat het complex is – en er wordt vooral gebruik gemaakt van zeldzame materialen als nikkel, mangaan en kobalt. Om nog maar te zwijgen van het feit dat de lithiumwinning zeer vervuilend is en dat de meeste afzettingen bekend zijn in Zuid-Amerika en Australië, wat ook een ‘geopolitieke afhankelijkheid’ met zich meebrengt – iets dat onderzoeker Jahn niet beschrijft.

Als de accu goedkoper wordt, wordt de hele elektrische auto goedkoper. Daarom wordt er intensief onderzoek gedaan naar alternatieven. Er zijn momenteel twee technologieën die – vanuit bepaalde perspectieven – mogelijk kunnen concurreren met de lithium-ionbatterij: de lithium-ijzerfosfaatbatterij (kortweg LFP) of de natrium-ionbatterijen. Beide varianten hebben specifieke voor- en nadelen. Ford past de LFP-accu al in sommige modellen toe omdat deze volgens de fabrikant een prijsvoordeel biedt van zo’n 15 procent. Verdere voordelen: Hoge cyclusstabiliteit, minder temperatuurgevoelig, vereist geen zeldzame grondstoffen en is bijna 100 procent recyclebaar, alleen het elektrolyt hoeft te worden afgevoerd. Dit betekent dat LFP-batterijen het starten van een elektrische auto betaalbaarder kunnen maken. Het nadeel: de energiedichtheid is lager, waardoor er meer cellen nodig zijn voor hetzelfde bereik als bij een lithium-ionbatterij. Dit zou het gewicht opnieuw verhogen - en ook de prijs. Als deze technologie echter wordt toegepast in voertuigen die niet de maximale actieradius hoeven te halen, biedt dit een duidelijk kosten- en milieuvoordeel. Onderzoeker Marcus Jahn schat het verschil in energiedichtheid op zo’n 20 procent. “Het doel hier zou niet moeten zijn om de lithium-ionbatterij 1:1 te verwisselen voor de LFP-batterij, maar eerder dat de technologie een kosteneffectief alternatief kan zijn als het correct wordt gebruikt en het beoogde doel dienovereenkomstig wordt gekozen”, zegt de onderzoeker.

Natrium-ionbatterijen maken momenteel naam in China en genieten een groeiende populariteit. Ook AIT-onderzoeker Marcus Jahn kan de zeer positieve eigenschappen van de cellen bevestigen: “De natrium-ionbatterij wordt al zo’n zeven jaar intensief onderzocht. De technologie was oorspronkelijk bedoeld voor stationair gebruik omdat ze aantrekkelijke kosten per kilowattuur mogelijk maakt. Andere voordelen: Natrium is wereldwijd gemakkelijk verkrijgbaar, wat de kosten verlaagt. Bovendien kunnen de cellen op precies dezelfde manier worden vervaardigd als lithium-ionbatterijen, zelfs op dezelfde productielijnen. Vrijwel alleen het lithium wordt vervangen door natrium.” Maar aan de ene kant heeft deze cel naast lithium ook zeldzame grondstoffen nodig en kan deze niet in hetzelfde recyclingproces met lithium worden geïntegreerd. Maar het knelpunt is anders: de energiedichtheid is lager, ongeveer een kwart ervan ontbreekt in de lithiumcel. Betekent: Het prijsvoordeel wordt weer gekocht ten koste van het assortiment. Maar batterijonderzoeker Marcus Jahn probeert uit te leggen waarom deze technologie nog steeds potentie heeft: ‘We moeten niet vergeten dat de vraag naar elektrische auto’s nu en in de toekomst flink zal toenemen. Je hebt dus al snel veel accu’s nodig, en niet iedere gebruiker van een elektrische auto heeft een actieradius van 700 kilometer nodig. Hier kan de natrium-ion accu een goed compromis zijn tussen actieradius, beschikbaarheid en prijs.’ Aan het einde van ons interview vroegen we de onderzoeker welk type batterij we op de middellange termijn, in de komende vijf jaar, zullen gebruiken. Het antwoord: “Tot die tijd zal het lithium-iontype domineren.” Maar wat daarna komt, is nog steeds een open vraag op basis van de huidige stand van het onderzoek.

Lithium-ion

+ hoge energiedichtheid

+ solide cyclusstabiliteit

+ uitgebreid onderzocht

- duur

– hulpbronnenintensieve productie

– complexe recycling

Lithium-ijzerfosfaat

+ goedkoper

+ zeer hoge cyclusstabiliteit

+ minder gevoelig voor temperatuur

– lagere energiedichtheid

Natriumionen

+ Natrium is overvloedig aanwezig en gemakkelijk te verkrijgen

+ dus goedkoper

+ Kan worden geproduceerd op lithium-ionproductielijnen

– lagere energiedichtheid

– tot aan lithium, dat eveneens een hulpbronnenintensieve productie vergt

– complexe recycling