Wat is de toekomst van de accu in de elektrische auto?

De elektrische auto is definitief doorgebroken. Vriend en vijand is het daar wel over eens. De elektrische auto gaat hoe dan ook de brandstofauto vervangen. Het tempo waarin het gebeurt is, ondanks tal van regulerende maatregelen, vooral afhankelijk van de acceptatie bij de gebruikers, het grote publiek. Bij die gebruikers zijn twee zaken die een grote rol spelen: prijs en gebruikersgemak. Maar er spelen ook andere factoren, zoals de batterij. Deze blog gaat in op de toekomst van dat accupakket. Laden in dezelfde tijd als het vullen van een tank benzine gaat nog niet. En over het algemeen komt een auto met een tank brandstof verder dan een EV met een volle batterij, hoewel het overbruggen van deze kloof door nieuwe technologieën binnen handbereik ligt. Het laden wordt nog wel eens beschouwd als 'gedoe met kabels', maar ook hier lijkt een alternatief voorhanden te liggen.

Een belangrijk aspect is dus de snelheid van het laden. Toegegeven, het laden gaat steeds sneller. Maar in de meeste gevallen gaan de snellaadtijden nog altijd richting het halve uur. FastNed wil de locaties inrichten waardoor wachttijden aangenamer zijn (krantje, kopje koffie, snack, internet). En dat is mooi, maar ook het laden moet nog sneller.

Wat wordt de nieuwe accustandaard? We gaan in op een paar technologische ontwikkelingen of alternatieven:

Solid State batterij
Organische batterij
Inductieladen
Accu wisselen
CTP - cell-to-plate
Lithium-ion

Solid State batterij

Oftewel de 'droge batterij'. De Solid State Batterij is haast gelijk aan de lithiumbatterijen met het belangrijke verschil dat vloeibare delen zijn verwijderd. Dat de vloeibare delen zijn verwijderd geeft veel voordelen waardoor dat het veel brandveiliger is, de accu met factor 4 á 5 sneller laadt en de levensduur aanzienlijk langer is. Veel autofabrikanten investeren fors in dit concept, zoals Toyota, BMW en Stellantis.

Helaas loopt de ontwikkeling van deze batterij nog te veel tegen technologische beperkingen aan waarvan de belangrijkste dat het niet goed lukt om alle vloeistof uit de batterij te krijgen. Door temperatuurverschillen ontstaan dan haarscheurtjes.

Inductieladen

Inductieladen is laden met behulp van magnetische velden. Dit gebeurt met twee magnetische spoelen, 1 in de auto en 1 in de straat. Je kunt het vergelijken met het draadloos laden van je mobiel of een elektrische tandenborstel. Inductieladen is daarmee draadloos laden. Deze vorm bedient vooral het gebruikersgemak omdat het niet meer nodig is om met kabels te slepen etc. Je rijdt de auto boven de magnetische laadspoel en hij begint meteen te laden. Het laden gaat niet sneller. Daarmee is deze laadwijze vooral aantrekkelijk voor thuislader en op het werk. Op grote schaal vergt het nog een behoorlijk investering in de infrastructuur.

Organische batterij

Dit is de ultieme accu. Veilig, een lichtgewicht onder de accu’s, duurzaam en supersnel laden. De batterij bestaat uit grafeen, een supergeleider van supersterk materiaal. Het materiaal wordt aangemaakt door voedselafval te vergisten. Momenteel is dit proces nog peperduur. Toch heeft de batterij veel potentie in zich. Met name Mercedes investeert fors in deze techniek. De ontwikkeling bevindt zich echter nog in ontwikkelstadium. En zoals wel vaker, gaat het ook op bij de ontwikkeling van de batterij: hoe inventiever de technologie, hoe verder de oplossing van ons af staat. Verwachting is dat onderzoek en verdere ontwikkeling van deze batterij nog wel 15 jaren gaat duren. Toch zien velen toekomst in deze batterij. En het mooiste is: aan het einde van de levensduur kan de accu gewoon in de compostbak. Hoe duurzaam wil je het hebben?

Accu wisselen

Nog wel gebaseerd op huidige accutechnologie, maar gezien het gebruikersgemak een interessante verbetering. Hier gaat het ook om snelheid. Maar dan door de mogelijkheid om in enkele minuten een lege accu te wisselen voor een volle. Het Chinese NIO rolt dit momenteel uit in Noorwegen. Men heeft daartoe zogenaamde NIO Service centers voor ingericht. Tesla heeft het ook al eens geprobeerd maar is er op teruggekomen.

CTP - cell-to-plate

CTP is ontwikkeld door het Chinese door CATL dat naast BYD wereld marktleider is. Op basis van deze nieuwe batterijtechnologie heeft een 100kWh grote accu een bereik van ruim 1000 km! De leverancier heeft niet alles prijs over hoe de technologie in zijn werk gaat. Wat wel duidelijk is is dat het opvallend hoge bereik wordt bereikt door de batterijen die gebaseerd zijn op minder ruimtebeslag voor de accucellen. Door een speciale celkoelingstechnologie kan de accu volgens de producent in 10 minuten worden geladen, mits een laadvoorziening van 400 kW aanwezig is. Of de beloofde norm van 1000 km voldoen aan de WLTP-norm (danwel volgens een eigen Chinese standaard) is evenmin duidelijk. Het Chinese automerk Zeekr heeft de CTP-accu in zijn model Zeekr 001 geïnstalleerd.

Maar deze Chinese batterijenproducent zit niet bepaald stil. Een nieuwe ontwikkeling ten aanzien van deze accu van de toekomst is dat de Lithium gaat worden vervangen door Sodium oftewel Natrium. Dit materiaal is veel verkrijgbaar en goedkoper. Dat zorgt voor een goedkopere stroombron, maar ook voor een lagere energiedichtheid. Met een lagere energiedichtheid haal je helaas ook een korter bereik. Een voordeel is weer dat het bijzonder lange levensduur heeft.

Lithium-ion

Ondanks de vele alternatieven die zich aandringen is de lithium-ion batterij nog altijd de bekendste van het stel. Maar lithium heeft het nadeel dat het metaal erg schaars is en vooral in boevenstaten en onder slechte arbeidsomstandigheden worden gedolven. De lithium-accu is gebaseerd op één van de twee volgende bestanddelen, NMC en LFP. De NMC-batterij bevat Nikkel, Mangaan en Kobalt. Deze accu's zijn erg sterk en kunnen snel opladen, maar zijn ook erg duur. Daarentegen is er ook de LFP-accu die vooral bestaat uit lithium-ijzerfosfaat. Deze batterij heeft een veel lagere energiedichtheid. Een voordeel daarvan is dat het brandveiliger werkt. En groot nadeel is dat het bereik ook een stuk lager. Omdat de LFP-accu veel goedkoper is willen fabrikanten hun instapmodel nog wel eens van deze accu voorzien. Verwacht je meer van een accu, dan zul je naar een hoger en dus duurder model toe moeten. Bij de NMC zien we tegenwoordig steeds vaker een andere verhouding tussen de metalen waarbij het bestanddeel van kobalt kleiner word.

Conclusie

Een goede conclusie over de toekomst van de batterij is lastig. We hebben de glazen-bol nog wel even nodig om de definitieve toekomst vast te kunnen stellen. Voor de middellange termijn zien we de Solid State nog het meeste een kans van slagen hebben. Er wordt zeer fors in geïnvesteerd, veel autoproducenten geloven er in. Er zijn nog te veel onzekerheden rond de CTP-accu. In de praktijk moeten het toegezegde bereik eerst nog waargemaakt worden om er iets zinnigs van te kunnen zeggen. Het kabelloos laden zal er ook wel komen, maar het is de vraag of het een groot publiek gaat dienen gezien de grote noodzakelijke investeringen in de infrastructuur. Ook verschijnen nieuwe accu-technologieën aan de horizon, de zwavelbatterij is daar een goed voorbeeld van.