Een telefoon die wekenlang meegaat. Een elektrische auto die binnen enkele minuten is opgeladen en gemakkelijk duizend kilometer verder komt. En elektrisch vliegen naar je volgende vakantiebestemming. Of wat te denken van structurele batterijen in cement of in constructiemateriaal van vliegtuigen?
Betekent dit het einde van de lithium-ion batterij die we nu gebruiken? “Zeker niet”, zegt voormalig IO-columnist en techexpert Jan Wouters. Volgens hem hoeven we alleen maar te kijken naar de flinke bedragen die bijvoorbeeld autofabrikanten uittrekken voor onderzoek en verbetering van de huidige batterijen. Er zit volgens hem nog degelijk rek in, de lithium-ion batterij is nog lang niet aan vervanging toe. Drie ontwikkelingen waar we de komende tijd meer over zullen horen.
1.De LFP-batterij
Lithium-ion accu’s komen in veel verschillende soorten. Zo rijden de meeste elektrische auto’s rond met een batterij met een mengsel van lithium, nikkel, mangaan en kobalt (NMC). Maar daar kan wel eens snel verandering in komen. Want steeds meer batterijproducenten stappen over op een mengsel van lithium en ijzerfosfaat.
Dit mengsel is niet alleen goedkoper, maar ook een stuk duurzamer. Het kan zonder schaarse stoffen als mangaan, nikkel en kobalt. Wel is de hoeveelheid energie per volume lager dan een NMC-accu. Dat betekent dat je voor dezelfde hoeveelheid energie een grotere LFP-accu nodig hebt. Maar dat hoeft geen probleem te zijn. Want deze variant gaat langer mee en verliest minder snel capaciteit dan de NMC-variant. Deze verliest na 1000 tot 1500 cycli ongeveer 20 procent van de capaciteit, terwijl de LFP-tegenhanger dan slechts 2 tot 3 procent minder is geworden. Ook gaat een LFP-mengsel langer mee en kan deze tussen de 2500 tot 9000 laadcycli aan. Terwijl NMC-accu’s al zijn afgeschreven na 200 tot 2500 cycli. Blijkt uit dit onderzoek.
Een ander voordeel dat deze variant heeft, is dat deze minder warmte produceert tijdens het gebruik en opladen. Ook heeft LFP een hogere ontbrandingstemperatuur. Dit maakt dat deze accu’s stabieler en veiliger zijn dan de huidige standaard.
Wouters: “Tesla gebruikt deze batterij sinds dit jaar in hun auto’s en de markt groeit enorm.”
2. De lithium-air batterij
Deze batterij laat lithium met zuurstof reageren voor energie. De techniek staat nog in de kinderschoenen, maar in potentie kan deze nieuwe batterij zo’n drie keer meer energie opslaan dan de huidige lithium-ion batterijen. In sommige labcondities wordt al een energiedichtheid van bijna 1000 Watuur per kilo gehaald. Terwijl de gemiddelde energiedichtheid van lithium-ion accu’s rond de 300Wh/kg ligt. In Nederland doet de Technische Universiteit Delft hier onderzoek naar.
Maar volgens Wouters moeten we dit soort berichten met een korrel zout nemen: “Je leest over allerlei doorbraken. Claims over een hele hoge energiedichtheid of snelle oplaadtijd vliegen je om de oren. Het gaat hierbij om labontwikkelingen, vaak op het gebied van één accu-onderdeel. In het lab kun je een accu onder de ideale omstandigheden ontwikkelen met een flinke energiedichtheid of eentje tweaken op laadcycli. Het is heel moeilijk in te schatten wat hiervan in de praktijk terechtkomt. De praktijk is altijd een trade-off van zo’n labontwikkeling, je moet op snelheid inleveren over veiligheid bijvoorbeeld. Bovendien worden deze claims gedaan door bedrijven die er belang bij hebben, ze moeten ook geld ophalen voor nieuw onderzoek.”
3.De vaste stof batterij
Maar dit is toch iets heel anders? Vaste stof batterijen worden gezien als nieuwe batterijen, maar werken eigenlijk volgens hetzelfde principe als de huidige lithium-ion batterijen. Kort door de bocht is alleen het elektrolyt, de geleidende stof die ervoor zorgt dat de energie van de ene pool naar de andere pool stroomt, anders. Van deze vloeistoffen weten we goed hoe deze geleiden, maar vaste stoffen als keramiek zijn hierin nog relatief nieuw. Hier wordt daarom nog volop onderzoek naar gedaan.
Het grote voordeel van deze vaste stof is dat deze accu’s veiliger zijn (want geen brandbare vloeistof) en in theorie een stuk meer energie kunnen opslaan. Toyota belooft dit jaar al met een prototype van zo’n accu op de markt te komen. Volgens het bedrijf moet een ritje van 1000 kilometer een makkie worden.
Nog meer mogelijk?
Hoe veel verbetering er nog in de huidige technologie zit, vindt Wouters lastig in te schatten. Maar hij is ervan overtuigd dat er nog voldoende rek in zit. “We dachten in de jaren 60 ook dat de verbrandingsmotor was uitontwikkeld, moet je nu zien hoeveel efficiënter en beter deze motoren zijn geworden. Lithium-ion is wat dat betreft nog een relatief nieuwe technologie. Hier zit echt nog wel verbetering in. Kijk alleen al naar hoeveel geld er rond wordt rond gepompt om de bestaande technologie te verbeteren”, legt hij uit.
Maar natuurkundig gezien zit er een limiet aan de hoeveelheid energie die de huidige materialen kunnen opslaan. Zo verwacht batterij-expert Erik Kelder van de TU Delft dit nog 1,5 tot maximaal 2 keer groter kan. Dan is de natuurkundige limiet bereikt, zo vertelde hij in een eerder interview. Wouters is het hier maar deels mee eens. “Als je werkt met bekende materialen heb je inderdaad te maken met natuurkundige restricties. Je denkt dan lineair en wil alles uit de materialen halen die je gebruikt. Ga je exponentieel denken dan probeer je die restricties te omzeilen door bijvoorbeeld andere materialen te gebruiken. Dat zorgt voor nog meer verbetering van de huidige accu’s.”
