Klimaat & energie › Solid-state batterijen & energieopslag
Na lithium-ion: vijf batterijtechnologieën strijden om de accu van morgen
Lithium-ion blijft voorlopig de standaard in elektrische auto's, maar onderzoekers werken aan minstens vijf alternatieven. Van natrium tot zwavel: elke techniek belooft iets anders, zoals lagere kosten, meer veiligheid of een grotere actieradius. Geen van de opvolgers is klaar om lithium-ion volledig te vervangen, maar de eerste toepassingen rollen al van de band.
Elektrische auto's rijden vrijwel allemaal op lithium-ionbatterijen. Die techniek is decennialang verfijnd, wordt steeds goedkoper en heeft een volwassen productieketen. Toch zoeken batterijfabrikanten en onderzoeksinstituten naar alternatieven. Reden: de wereldwijde vraag naar lithium, kobalt en nikkel groeit snel, terwijl de winning van die grondstoffen duur en milieubelastend is. Vijf technologieën staan te trappelen om een deel van de markt over te nemen.
Natrium en vaste stof als eerste kanshebbers
De natrium-ionbatterij lijkt het dichtst bij grootschalige toepassing te staan. Natrium is overvloedig aanwezig en veel goedkoper dan lithium. Chinese fabrikanten als CATL en BYD bouwen de techniek al in kleine elektrische auto's in. Het nadeel is de energiedichtheid: nieuwe natrium-ioncellen halen ongeveer 175 wattuur per kilogram, tegenover 205 Wh/kg voor lithium-ijzerfosfaat (LFP) en tot 265 Wh/kg voor nikkel-mangaan-kobalt (NMC). Daardoor is de techniek vooralsnog vooral geschikt voor kleinere stadsauto's en bedrijfsvoertuigen.
Een tweede kanshebber is de solid-state batterij, waarbij de brandbare vloeibare elektrolyt wordt vervangen door een vaste stof. Dat maakt batterijen veiliger en kan, vooral in combinatie met een lithium-metaalanode, een flinke sprong in rijbereik opleveren zonder dat het pak zwaarder wordt. Het Internationaal Energieagentschap (IEA) noemt de vooruitgang snel, maar massaproductie blijft duur en technisch lastig.
Zwavel, magnesium en zink: veelbelovend, nog experimenteel
Lithium-zwavelbatterijen kunnen in theorie veel meer energie per kilo opslaan dan huidige lithium-ionbatterijen. Zwavel is goedkoop en overvloedig, wat de techniek aantrekkelijk maakt voor elektrische vrachtwagens, boten en zelfs vliegtuigen. Het grootste probleem is de beperkte levensduur: de cellen gaan nu nog te snel achteruit voor commercieel gebruik.
Magnesium-ionbatterijen gaan een stap verder door magnesium te gebruiken, dat per ion twee elektronen kan overdragen in plaats van één. Dat zou in potentie tot hogere capaciteit kunnen leiden. Het element reageert echter sterk met elektrodemateriaal, waardoor onderzoekers nog geen efficiënte combinatie van elektrode en elektrolyt hebben gevonden. Deze technologie zit vooralsnog in de laboratoriumfase.
Zinkbatterijen, waaronder zink-ion- en zink-luchtvarianten, zijn dan weer aantrekkelijk vanwege hun veiligheid: ze gebruiken vaak water in plaats van brandbare vloeistoffen. Zink is goedkoop, maar de energiedichtheid en herlaadbaarheid zijn nog onvoldoende voor personenauto's. Voorlopig lijkt de techniek beter te passen bij stationaire energieopslag dan bij het aandrijven van auto's.
Geen enkele winnaar
Onderzoekers verwachten geen enkele opvolger die lithium-ion overal vervangt. Natrium-ion kan goedkope stadsauto's aandrijven, solid-state richt zich op premium modellen met lange actieradius, en lithium-zwavel kan ooit zwaar elektrisch transport voortstuwen. Lithium-ion blijft voorlopig de maatstaf, maar de race naar de opvolger is in volle gang.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Als een of meerdere van deze technologieën doorbreken, kunnen elektrische auto's goedkoper, veiliger of verder rijdend worden zonder dat de vraag naar schaarse grondstoffen zoals lithium en kobalt blijft groeien. Het meest waarschijnlijke scenario is geen enkele winnaar, maar een verdeling waarbij elke batterijtechniek zijn eigen niche krijgt, van stadsauto's tot elektrische vrachtwagens.
- Natrium-ionbatterij
- Een batterij die natrium gebruikt in plaats van lithium; goedkoper maar met minder energie per kilo.
- Solid-state batterij
- Een batterij met een vaste in plaats van vloeibare elektrolyt, wat veiliger is en meer energie kan opslaan.
- Energiedichtheid
- De hoeveelheid energie die een batterij per kilogram gewicht kan opslaan, vaak uitgedrukt in wattuur per kilogram (Wh/kg).
- Lithium-metaalanode
- Een batterij-elektrode van puur lithiummetaal in plaats van grafiet, die meer energie kan bevatten maar lastiger te beheersen is.
- Lithium-zwavelbatterij
- Een batterijtype dat zwavel gebruikt als elektrodemateriaal en in theorie veel energie per kilo kan opslaan, maar nu nog een korte levensduur heeft.
- Magnesium-ionbatterij
- Een batterij die magnesium-ionen gebruikt, die in theorie meer lading per ion kunnen overdragen dan lithium.
- Zink-luchtbatterij
- Een batterij die zuurstof uit de lucht gebruikt om te reageren met zink, wat veilig en goedkoop is maar nog beperkt herlaadbaar.
- Wh/kg
- Wattuur per kilogram, de standaardeenheid om de energiedichtheid van een batterij te meten.
- LFP
- Lithium-ijzerfosfaat, een relatief goedkope en stabiele lithium-ionbatterijchemie.
- NMC
- Nikkel-mangaan-kobalt, een lithium-ionbatterijchemie met hoge energiedichtheid, veel gebruikt in elektrische auto's.
- IEA
- Het Internationaal Energieagentschap, een internationale organisatie die onder meer onderzoek doet naar de ontwikkeling van energietechnologie.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
