Waarom we over dit onderwerp schrijven:
Dat silicium voor batterijen een aantal grote voordelen heeft ten opzichte van grafiet (koolstof), was al langer bekend. Maar vanwege de beperkte levenscyclus, veiligheidsproblemen en hoge kosten lukte het steeds maar niet om die voordelen ook daadwerkelijk in concrete resultaten om te zetten. GDI zegt al die drempels nu te hebben overwonnen. Met een investering van 13 miljoen euro gaat het Amerikaanse bedrijf dit jaar aan de slag met proefproductie in Eindhoven.
“De door GDI gepatenteerde 100% silicium-anodetechnologie verhoogt de energiedichtheid en vermindert de oplaadtijd en kan daarmee een belangrijke aanjager worden van de verdere ontwikkeling van elektrische voertuigen en e-mobiliteit”, zegt CEO Robert Anstey. Het grote verschil zit ‘m in het gebruik van silicium in plaats van grafiet. “Naast de volledige vervanging van grafiet in Lithium-ion batterijen, slagen we er ook in een goede prijs/prestatieverhouding te bereiken. Dat is wat het verschil zal gaan maken voor fabrikanten van elektrische auto’s en andere eindgebruikers.”
Kwartiertje opladen
Silicium wordt beschouwd als een veelbelovend actief materiaal in anodes omdat het in staat is grote volumes lithium-ionen op te slaan, wat resulteert in een batterij met een aanzienlijk hogere energiedichtheid dan batterijen die gemaakt zijn met conventionele anodes op basis van grafiet. Waar veel batterijproducenten een kleine hoeveelheid silicium (minder dan 10%) gebruiken in hun anodes van grafiet om hun energiedichtheid te verbeteren, levert de aanpak van GDI – met 100% silicium – veel betere prestaties en een verhoogde veiligheid op door het voorkomen van lithiumdendrietvorming.
Wat betekent dat concreet voor een eindgebruiker? “Stel dat je een Kia e-Soul rijdt met 64 kWh en een bereik van pakweg 425 kilometer, dan zou je met ons silicium zeker 85 kWh en 550 kilometer bereik hebben. Het opladen tot 350 kilometer bereik duurt een kwartiertje – nauwelijks genoeg om een kop koffie te halen en je benen te strekken. En dan hebben we het nog niet over de winter, wanneer die auto vanwege de kou zo 100 kilometer minder bereik heeft; bij ons is dat niet aan de orde, silicium presteert ook prima bij lage temperaturen.”
Lithium
De aanwezigheid van silicium op vrijwel elke plaats ter wereld is een ander groot voordeel ten opzichte van grafiet. Anstey: “Onze silicium anode technologie bevrijdt ons van de afhankelijkheid van één enkel land, zoals China, waar meer dan 90% van de productie van grafiet voor batterijen is geconcentreerd. Silicium is het tweede meest voorkomende element in de aardkorst.”
Helaas bieden Anstey en zijn collega’s geen alternatief voor lithium voor EV’s. “Met enige regelmaat horen we allemaal de verhalen over producenten die beweren een hoogenergetische batterij te kunnen bouwen zonder lithium, maar een snelle blik op het periodiek systeem van elementen leert dat lithium het kleinste en lichtste ion is. Kalium (K) of natrium (Na) zouden alternatieven kunnen zijn, maar die zijn 3-6 keer zwaarder of groter dan Li-ionen. Met een volumetrische energiedichtheid van een fractie van Li-ion, vooral ten opzichte van silicium, zullen Na- en K-ionenbatterijen slechts voor zeer korte afstanden geschikt zijn of worden gebruikt voor stationaire opslag. Dus voor de volledige vervanging van benzine-auto’s door elektrische auto’s zijn we echt aangewezen op lithium.”
Eindhoven
GDI heeft in Eindhoven een Europese proefproductiefaciliteit opgezet. Vlakbij de luchthaven werkt het al enkele jaren samen met verschillende Europese fabrikanten, en die samenwerking wordt nu geïntensiveerd. Tegen het einde van dit jaar moet de productiecapaciteit van de GDI-anode meer dan 300 kWh bedragen. Ter vergelijking: een smartphone heeft ongeveer 12Wh. Daarmee wordt GDI een van de wereldleiders in de productiecapaciteit van 100% siliciumanoden. Met de €13 miljoen aan financiering, gecombineerd met geplande strategische partnerschappen, verwacht GDI de productie op te schalen naar meer dan 100 mWh tegen het midden van 2024. “Design for manufacturing is de kern van de kracht van onze technologie.”
Maar als silicium letterlijk overal op aarde te vinden is, waarom kiest GDI er dan voor om de eerste productie in West-Europa te starten? “Dat heeft alles te maken met de geschiedenis van de regio”, zegt Anstey. “Dit gebied was altijd sterk in innovatie en glasproductie en later in plasmatechnologie. Wij willen voortbouwen op die erfenis.” Daarnaast, zegt de GDI-oprichter, is ook de aanwezigheid van gekwalificeerd personeel een voordeel dat deze regio biedt. Momenteel telt de batterijontwikkelaar nog een handvol medewerkers, maar toekomstige plannen zullen daar zeker verandering in brengen, zo verwacht het bedrijf.
EIT InnoEnergy
Voor mede-investeerder EIT InnoEnergy past GDI mooi binnen de ontwikkelingen rond de European Battery Alliance. Daarbinnen werkt een groep van zo’n 750 bedrijven samen om de Europese ambities op batterijgebied een boost te geven. “Het vermogen van GDI om hun oplossing naadloos te integreren in de bestaande architectuur en productielijnen van lithium batterijen biedt aanzienlijke kostenvoordelen en maakt het mogelijk producten sneller op te markt te brengen”, zegt Roel van Diepen, Investment Director bij EIT InnoEnergy. “Maar net zo belangrijk is het dat de toepassing van een silicium anode de afhankelijkheid van traditionele materialen zoals grafiet vermindert, waardoor de Europese batterij-waardeketen veerkrachtiger wordt en het Europese productievolume verhoogd wordt.”
Josh Grehan, Principle bij Helios Climate Ventures, verwacht dat deze financiering GDI zal helpen een positie in de voorhoede van de markt te verwerven. “Geavanceerde silicium anodes kunnen de toepassing van batterijen in elektrische voertuigen versnellen. Daarnaast verbeteren deze silicium anodes de prestaties van elektronische producten wereldwijd met snellere laadtijden, hogere energiedichtheid en verbeterde veiligheid.”
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
