Wat is een solid-state batterij voor elektrische auto's?
De solid-state accu is de nieuwste ontwikkeling in de e-mobiliteitssector. Hoewel elektrische auto’s in het recente verleden een aanzienlijke technologische evolutie hebben doorgemaakt, blijkt de batterijtechnologie vaak ontoereikend. Dit gaat nu veranderen met het gebruik van solid-state batterijen in elektrische auto’s. Met een aantal positieve eigenschappen zou de nieuwe technologie voor een grote doorbraak kunnen zorgen. Ontdek alles wat je moet weten over solid-state batterijen voor elektrische auto’s.
Solid-state batterijen zijn klaar om conventionele lithium-ion batterijen te vervangen
In de auto-industrie wordt de solid-state accu gezien als een revolutie op het gebied van elektromobiliteit. Dat is niet verwonderlijk, want de nieuwe technologie belooft veel voordelen. Het grootste voordeel is de hogere energiedichtheid in vergelijking met conventionele lithium-ionbatterijen. Ook op het gebied van veiligheid en levensduur zal de nieuwe batterijtechnologie het naar verwachting beter doen dan alle eerder geïnstalleerde lithium-ionbatterijen.
Wat is een solid-state accu?
Een solid-state accu is een accu waarin een vaste elektrolyt wordt gebruikt in plaats van een vloeibare elektrolyt. De taak van de elektrolyt is om te zorgen voor het transport van ionen tussen de anode en de kathode. De interactie tussen de elektroden en de elektrolyt zorgt uiteindelijk voor de stroom in de batterij. De nieuwe vaste elektrolyten maken het mogelijk om andere elektroden te gebruiken en zijn ook bedoeld om de veiligheid van de oplaadbare batterij te vergroten.
Wat is een solid-state batterij?
De solid-state batterij voor elektrische voertuigen is de nieuwste vooruitgang in solid-state technologie. In tegenstelling tot eerdere lithium-ion-accu’s werkt dit type voertuigaccu met vaste elektrolyten en zal het binnenkort de standaard worden. De verdere ontwikkeling tot rijpe serieproductie blijft fabrikanten echter voor hindernissen stellen. Het productieproces moet bijvoorbeeld volledig worden gereorganiseerd om de nieuwe batterijen in grote hoeveelheden te kunnen produceren.
Waarom zijn solid-state batterijen beter?
De solid-state accu biedt veel voordelen voor elektrische auto’s. Deze omvatten vooral de hogere energiedichtheid van batterijen met vaste elektrolyt. Op deze manier kan een solid-state accu meer elektriciteit opslaan met dezelfde accugrootte. Dit vergroot op zijn beurt de actieradius van adequaat uitgeruste elektrische voertuigen. Ook kan een voertuigbatterij met dezelfde capaciteit aanzienlijk minder ruimte in beslag nemen dan nu het geval is. Naast hun hoge energiedichtheid hebben de nieuwste generaties solid-state batterijen nog andere voordelen. Zo zou het gebruik van verschillende materialen moeten zorgen voor kortere oplaadtijden voor elektrische voertuigen. De technologie biedt ook extra veiligheid bij installatie in elektrische voertuigen. Vergeleken met conventionele batterijen met vloeibare elektrolyten, zou de vaste elektrolyt van de solid-state batterij de brandveiligheid verhogen.
Wat betekent de solid-state batterij voor elektrische auto’s?
De ontwikkeling van productieklare solid-state batterijen zou een mijlpaal kunnen zijn voor elektrische auto’s. Vooral de verbeterde energiedichtheid zal een doorslaggevend voordeel blijken te zijn. Elektrische voertuigen zouden zo een veel grotere actieradius kunnen bieden zonder dat de batterij onderweg moet worden opgeladen. De korte actieradius wordt beschouwd als een van de grootste nadelen van de huidige elektrische voertuigen. Naast een grotere capaciteit beloven fabrikanten kortere oplaadtijden voor de nieuwste generatie solid-state batterijen. Dankzij de hogere laadsnelheid zou een elektrische auto dan net zo snel kunnen worden opgeladen als een verbrandingsmotor. Deze kortere oplaadtijd en grotere actieradius zouden elektrische auto’s aantrekkelijker en gemakkelijker op de markt brengen.
Welk bedrijf bouwt solid-state batterijen?
Solid-state batterijen worden ontwikkeld en geproduceerd door verschillende bedrijven. De accufabrikanten werken vaak samen met autofabrikanten. Hierdoor kunnen praktische verbeteringen aan de accu’s worden aangebracht en kunnen de accu en de technologie beter op elkaar worden afgestemd. De autobedrijven zelf zijn meer dan voorheen betrokken bij de verdere ontwikkeling van de technologie en sommige hebben eigen onderzoekscentra. Verschillende bedrijven hebben naam gemaakt met de productie van solid-state batterijen. Dit zijn onder andere de Taiwanese accufabrikant ProLogium, die samenwerkt met onder andere Mercedes-Benz. Toyota werkt samen met het Japanse Idemitsu, terwijl Volkswagen samenwerkt met QuantumScape. Ford en BMW werken samen met Solid Power aan de ontwikkeling van batterijen.
Wanneer komen solid state batterijen?
Solid State batterijen voor mobiliteitstoepassingen zijn vandaag al beschikbaar. De productie van de eerste solid-state cellen voor auto’s als prototypes is ook al begonnen. De serieproductie volgt binnenkort voor veel fabrikanten. Volkswagen plant serieproductie van solid-state batterijen vanaf 2026, terwijl Toyota mikt op serieproductie van innovatieve solid-state batterijen vanaf 2027.
Het is nog niet bekend wanneer solid-state batterijen voor auto’s goedkoop in grote hoeveelheden kunnen worden geproduceerd. Vooral voor gebruik in elektrische auto’s zijn er altijd problemen die overwonnen moeten worden. Onderzoekers beschrijven de ontwikkeling van dit soort accu’s als moeilijk. De ontwikkeling is minder ver gevorderd dan die van conventionele lithium-ion batterijen. De ontwikkeling van conventionele batterijcellen heeft echter ook tientallen jaren geduurd.
Welke auto heeft een solid-state accu?
Sommige autofabrikanten gebruiken al innovatieve solid-state batterijen in rijdbare prototypes. Hiervoor wordt de solid-state accu meestal geïnstalleerd in een bestaand seriemodel in plaats van de beoogde lithium-ion accu. Zo kondigde autofabrikant BMW onlangs aan binnenkort een demonstratievoertuig te presenteren met een speciaal ontwikkelde solid-state batterij. Andere autofabrikanten hebben al eerste testritten uitgevoerd met solid-state batterijen. Autofabrikant Nio meldde bijvoorbeeld dat het meer dan 1000 kilometer in één keer had afgelegd met een solid-state batterij. De fabrikant wil al in 2024 beginnen met de serieproductie van dit nieuwe type batterij. De prijs van de solid-state batterij zal naar verwachting echter niet bepaald gunstig zijn.
Wanneer komt de eerste auto met een solid-state batterij?
Het is niet precies duidelijk wanneer de eerste in massa geproduceerde auto’s met solid-state batterijen te koop zullen zijn. De meeste autofabrikanten zwijgen nog over wanneer ze klaar zullen zijn voor serieproductie. Autofabrikanten zoals Mercedes-Benz zeggen dat solid-state batterijen de komende jaren in serieproductie zullen gaan. Autofabrikant Nissan wil vanaf 2028 de eerste elektrische auto met solid-state technologie op de markt brengen, terwijl Toyota zijn nieuwe solid-state batterijen vanaf 2027 wil produceren, waarbij installatie in serieproductieauto’s denkbaar lijkt. De Chinese autofabrikant Nio zou zijn ET9-model al in 2025 kunnen uitrusten met een solid-state batterij. De nieuwe batterijtechnologie wordt echter al geïnstalleerd in elektrisch aangedreven bussen. Mercedes-Benz, bijvoorbeeld, rust zijn elektrische bussen op verzoek uit met solid-state batterijen.
China claimt een solid state-batterij voor een fractie van de reguliere prijs te kunnen maken, waardoor het ineens interessant is voor elektrische auto's
De solid state-batterij wordt al jaren gezien als de heilige graal voor elektrische auto’s. Dit type batterij heeft op papier allerlei voordelen, waaronder een lager gewicht, een kleinere omvang, een hogere energiedichtheid, een langere levensduur en een hogere veiligheid. Het probleem is alleen dat het nog niet haalbaar is om dit soort accu’s tegen een schappelijke prijs op grote schaal te produceren.
Maar daar lijkt verandering in te komen, want een team van Chinese wetenschappers claimt nu dat men het voor elkaar heeft gekregen om een solid state-batterij voor een tiende van de reguliere prijs kunnen produceren, meldt de krant South China Post.
Volgens de Chinese krant hebben wetenschappers van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China een nieuw soort elektrolyt in vaste vorm ontwikkeld, die toegepast kan worden in solid state-batterijen.
Een wetenschappelijk artikel dat in het Duitse Angewandte Chemie werd gepubliceerd, stelt dat de ruwe materialen vereist voor de productie van dit nieuwe vaste elektrolyt voor minder dan 15 dollar per kilo gekocht kunnen worden. De prijs voor materialen die momenteel veelvuldig voor solid state-batterijen worden gebruikt, komt volgens de wetenschappers ver boven de 50 dollar per kilo uit.
Solid state-batterij pas interessant voor elektrische auto onder de 50 dollar per kilo
Onderzoeker Ma Cheng van de universiteit legt uit dat een solid state-batterij maximaal 50 dollar per kilo mag kosten om commercieel interessant te zijn. Maar dat is dus lang niet het geval met de meeste solid state-accu’s. De huidige kost gaat over de honderd dollar per kilo. Met het nu ontwikkelde sulfid als een vervanger komt de prijs onder de 15 dollar.
Dat vond men in het zogenoemde LPSO-elektrolyt, die eveneens met sulfide werkt, maar dit produceert uit twee goedkope grondstoffen. Het grote verschil is dat er geen duur lithium-sulfaat bij de productie van LPSO nodig is.
Ook belangrijk is dat gebruik van LPSO in een solid state-batterij niet onder doet voor de duurdere materialen. Volgens Ma heeft een batterij met het nieuwe materiaal meer dan 4.200 uur van laden en ontladen in een gecontroleerde omgeving overleefd.
Maar in het onderzoeksrapport staat ook aangegeven dat de LPSO-batterij na 200 laadcycli een capaciteit van net geen 90 procent over heeft. Dat is niet bepaald indrukwekkend te noemen. Ma stelt echter dat dit nog maar het begin van LPSO is. Hij verwacht dat het materiaal verder wordt ontwikkeld wordt, waardoor de prestaties zullen verbeteren.
China wil voorop blijven in de ontwikkeling van
solid state-batterijen
De ontwikkelingen op de markt voor elektrische auto’s en de daarbij gepaarde stappen die gemaakt worden in batterijtechnologie, zorgen ervoor dat China mogelijk nog voorbijgestreefd kan worden. Zeker op het gebied van de solid state-batterij liggen de kansen wereldwijd nog open.
China heeft op dit moment een dominante positie op de wereldwijde markt voor accu’s en batterijen voor elektrische auto’s. Het land wil dat ook zo houden. Daarom investeert China eerder dit jaar in een plan om in 2030 een zo snel mogelijk en productieklaar solid state-batterij op de markt te brengen.
Om dit te bewerkstelligen tuigde het land een samenwerking op met de Chinese All-Solid-State Battery Collaborative Innovation Platform (CASIP). Daardoor brengt China niet alleen fabrikanten als CATL en BYD samen, maar werken er ook academische instellingen mee.
CASIP moet idealiter voor 2030 een productieklare solid state-batterij ontwikkeld moeten hebben. Of dat lukt blijft de vraag, want de ontwikkelingen gaan rap en uitvindingen zoals LPSO doen vermoeden dat 2030 makkelijk haalbaar moet zijn. Maar een ander probleem is dat er vooral solid state-batterijen die het laboratorium verlaten en een kleinschalige productie en tests in een laboratorium ondergaan.
Er zijn al wel autofabrikanten die zeggen met een een solid state-batterij uitgeruste auto op de markt te gaan komen. Een daarvan is de Chinese IM dat de L6 met een dergelijke batterij heeft uitgerust en die in 2025 op de markt wil brengen.
Ook het eveneens Chinese Nio claimt met een auto met een solid state-batterij te komen. Maar bij dit merk lijkt het om een hybride vorm te gaan, waarbij slechts een gedeelte van de accucellen in het accupakket solid state zijn. De rest zou gewoon gebruikmaken van natte elektrolyten.
Ook bij BMW zijn ze bezig met het ontwikkelen van een solid state-batterij, maar daarbij heeft hoofd batterijontwikkeling Martin Schuster van BMW tegen *Business Insider Nederland* gezegd dat de automaker voor 2030 nog zeer zeker geen solid state-batterijen verwacht. En daarbij heeft hij het over productierijpe batterijen. De implementatie in een auto zal nog langer op zich laten wachten.