Ampère-uur (Ah): de maat voor batterijcapaciteit uitgelegd
Stel je een waterkraan voor die precies één liter per minuut laat stromen. Als je die kraan een uur lang open laat staan, heb je zestig liter water getapt. Een ampère-uur werkt op dezelfde manier, maar dan met elektrische stroom in plaats van water. Eén ampère-uur (afgekort Ah) is de hoeveelheid elektrische lading die vrijkomt wanneer een stroom van één ampère precies één uur lang loopt. Het is de eenheid waarmee fabrikanten aangeven hoeveel "elektriciteit" er in een batterij past, vergelijkbaar met hoe liters aangeven hoeveel benzine in een tank past.
Je komt de term overal tegen zodra er batterijen in het spel zijn: op de sticker van een smartphone staat vaak "3.500 mAh" (milliampère-uur, duizend keer kleiner dan een Ah), op een accuboormachine staat "5,0 Ah", en het accupakket van een elektrische auto wordt intern opgebouwd uit duizenden cellen die elk een paar ampère-uur leveren. Hoe hoger het aantal ampère-uur, hoe langer een apparaat in principe kan werken voordat de batterij leeg is — al is dat, zoals verderop blijkt, maar het halve verhaal.
Wat is het precies?
Om ampère-uur te begrijpen, helpt het om eerst naar ampère zelf te kijken. Ampère (A) is de eenheid voor elektrische stroom: hoeveel lading er per seconde door een draad stroomt. Vermenigvuldig je die stroom met de tijd dat hij loopt, dan krijg je de totale hoeveelheid lading die is verplaatst. Vandaar de simpele formule: ampère-uur = ampère × uur.
Een batterij met een capaciteit van 5 Ah kan dus theoretisch vijf uur lang een stroom van 1 ampère leveren, of één uur lang 5 ampère, of tien uur lang 0,5 ampère. In de praktijk is dat niet helemaal lineair: bij hogere stromen gaat er meer energie verloren aan warmte, waardoor de werkelijk beschikbare capaciteit iets lager uitvalt. Dit effect wordt bij oudere loodzuuraccu's beschreven met de zogeheten wet van Peukert.
Belangrijk is dat ampère-uur iets anders meet dan energie. Energie in een batterij wordt uitgedrukt in wattuur (Wh), en dat is ampère-uur vermenigvuldigd met de spanning (volt) van de batterij. Twee batterijen met dezelfde Ah-waarde kunnen dus totaal verschillende hoeveelheden energie bevatten als hun spanning verschilt. Een autoaccu van 12 volt en 60 Ah bevat ongeveer 720 Wh, terwijl een smartphonebatterij van 3,7 volt en 3,5 Ah maar zo'n 13 Wh bevat. Voor het vergelijken van heel verschillende batterijsystemen is wattuur daarom vaak de eerlijkere maat, maar binnen één type batterij (zelfde spanning) is ampère-uur een handig en veelgebruikt kengetal.
Wat wil men ermee bereiken?
De ampère-uur bestaat niet om indruk te maken, maar om ingenieurs, fabrikanten en consumenten een gestandaardiseerde manier te geven om batterijen te vergelijken en te ontwerpen. Wie een elektrisch systeem bouwt — van een zaklamp tot een elektrische auto — moet weten hoeveel lading een batterij kan leveren om te berekenen hoe lang een apparaat meegaat of hoe zwaar een motor belast mag worden.
Voor consumenten is de Ah- of mAh-waarde vaak het eerste getal waarop wordt gelet bij de aankoop van een gereedschapsaccu, powerbank of e-bikebatterij, omdat het intuïtief aanvoelt als "hoeveel batterij je krijgt". Voor de industrie is de eenheid essentieel bij het testen en certificeren van batterijen: internationale normen zoals IEC 61960 en IEC 62660 schrijven voor hoe fabrikanten de Ah-capaciteit van lithium-ioncellen moeten meten, zodat een opgegeven waarde op het etiket overal ter wereld hetzelfde betekent.
Daarnaast speelt de eenheid een rol bij het bewaken van batterijgezondheid. Een batterij verliest met de tijd en het aantal laad- en ontlaadcycli aan capaciteit; wanneer de gemeten Ah-waarde onder pakweg 80 procent van de oorspronkelijke waarde zakt, wordt dat vaak als praktisch einde van de levensduur beschouwd, bijvoorbeeld bij elektrische auto's.
Voorbeelden uit de praktijk
Ampère-uur duikt op in vrijwel elk product met een oplaadbare batterij. Enkele concrete voorbeelden maken dat tastbaar.
De iPhone 15 van Apple (2023) heeft een batterij van ongeveer 3.349 mAh bij 3,87 volt, goed voor zo'n 12,98 Wh aan energie. Accufabrikanten zoals DeWalt en Milwaukee verkopen professionele gereedschapsaccu's met waarden als 5,0 Ah of 9,0 Ah bij 18 of 20 volt, waarbij een hogere Ah-waarde direct staat voor langer doorwerken tussen twee oplaadbeurten.
In de elektrische auto van Tesla, zoals de Model 3, wordt het accupakket opgebouwd uit duizenden cilindrische 2170- of 4680-cellen die elk enkele ampère-uur leveren; door ze in serie en parallel te schakelen ontstaat een pakket van 60 tot ruim 80 kWh. Ook de Nissan Leaf, een van de eerste in massa geproduceerde elektrische auto's (vanaf 2010), gebruikt cellen die in Ah worden gespecificeerd en samen een pakket van 40 of 62 kWh vormen.
Bij grootschalige energieopslag geldt hetzelfde principe op grotere schaal: het Tesla Megapack-systeem, ingezet in netbuffers zoals de Hornsdale Power Reserve in Australië (vanaf 2017), bestaat intern uit talloze cellen waarvan de Ah-capaciteit optelt tot een systeem dat in megawattuur wordt uitgedrukt. Ook elektrische fietsen werken volgens dit principe: een gangbare e-bikeaccu levert 10 tot 20 Ah bij 36 of 48 volt.
Hoe ver is de techniek?
De ampère-uur zelf is geen technologie die zich ontwikkelt — het is een meeteenheid, afgeleid van de ampère, die is vernoemd naar de Franse natuurkundige André-Marie Ampère (1775-1836) en al sinds de negentiende eeuw wordt gebruikt. Wat wél volop in ontwikkeling is, is hoeveel ampère-uur fabrikanten in een cel van een bepaalde grootte en gewicht weten te proppen.
Bij lithium-ionbatterijen is de energiedichtheid per cel de afgelopen twee decennia gestaag gestegen dankzij nieuwe elektrodematerialen zoals nikkel-mangaan-kobalt (NMC) en lithium-ijzerfosfaat (LFP). Fabrikanten experimenteren daarnaast met nieuwe celformaten, zoals Tesla's 4680-cel (geïntroduceerd in 2020), die een hogere Ah-capaciteit per cel belooft dan de eerder gebruikte 2170-cel. Ook natrium-ionbatterijen, waarvan onder meer CATL in 2023 een eerste commerciële generatie aankondigde, worden onderzocht als goedkoper alternatief, al ligt hun energiedichtheid per kilo momenteel nog lager dan die van lithium-ionbatterijen.
Een belangrijk obstakel blijft het verschil tussen de nominale (opgegeven) Ah-waarde en de werkelijk beschikbare capaciteit onder praktijkomstandigheden. Temperatuur, ontlaadsnelheid en veroudering zorgen ervoor dat de bruikbare capaciteit vaak lager uitvalt dan het getal op de verpakking, vooral bij koude of bij zeer snel laden en ontladen. Standaardisatie-instituten werken doorlopend aan preciezere testprotocollen om deze afwijking te beperken en fabrikanten eerlijker te laten rapporteren.
Wie werken eraan?
Omdat ampère-uur een fundamentele meeteenheid is, wordt de standaardisatie ervan beheerd door internationale normeringsorganisaties zoals de International Electrotechnical Commission (IEC) en, voor bepaalde toepassingen, IEEE en UL in de Verenigde Staten. Zij bepalen hoe fabrikanten capaciteit mogen meten en rapporteren.
Op het gebied van batterijproductie domineren enkele grote, vooral Aziatische spelers: CATL en BYD uit China, LG Energy Solution en Samsung SDI uit Zuid-Korea, en Panasonic uit Japan, dat lange tijd de belangrijkste celleverancier van Tesla was. In Europa probeert onder meer het Zweedse Northvolt een eigen productiebasis op te bouwen, gesteund door de ambitie van de Europese Unie om minder afhankelijk te worden van Aziatische batterijimport.
Op onderzoeksgebied leveren instituten als het Duitse Fraunhofer-Institut (met specifieke instituten voor batterijtechnologie), het Amerikaanse MIT en het Nederlandse TNO bijdragen aan nieuwe celchemieën en testmethoden. In Nederland doet ook de Rijksuniversiteit Groningen onderzoek naar batterijmaterialen. Landen als China, de Verenigde Staten (met steun vanuit de Inflation Reduction Act) en de EU-lidstaten investeren daarnaast fors in eigen gigafabrieken om batterijproductie, en daarmee kennis over ampère-uur-capaciteit op schaal, dichter bij huis te krijgen.