Innovatie / Solidstatebatterij: voor binnenkort, of niet?

De beste (vloeibare) accu's van de huidige elektrische wagens hebben een capaciteit van 90-100 kWh of meer, en kunnen laadvermogens aan van zo'n 300 kW. Al zijn de meeste modellen nog niet zo performant. Vooral omdat een batterij met vloeibare elektrolyten en lithiumzouten nog gevoelig is voor oververhitting en slijtage tijdens het laden en ontladen. De oplossing voor dit probleem wordt voorgesteld in de vorm van de vastestofbatterij, of solid state-batterij. Er wordt heel wat R&D-werk geleverd op dit gebied. De eerste auto met een vastestofbatterij zou zelfs al in 2022 op de markt komen. Of niet?

Hoe het werkt

In een 'klassieke' batterij moeten de ionen zich door een vloeistof verplaatsen van een elektrode naar een andere, van de anode naar de kathode om de motor te voeden en van de kathode naar de anode tijdens het opladen. Hetzelfde principe geldt voor de solidstatebatterij, maar in plaats van een vloeibare elektrolyt (geleidende stof), wordt een vast materiaal gebruikt. Deze anorganische verbinding kan bestaan uit een glazen of keramische plaat, of zelfs uit een zeer dichte gel. Deze vaste stof moet in ieder geval een zeer goed geleidingsvermogen hebben, om een stabiele en efficiënte verplaatsing van de ionen mogelijk te maken. 

Voordelen van de solidstatebatterij

De grootste voordelen van de vastestofbatterij zijn het vermijden van oververhitting en hun stabiliteit. Dit type batterij kan maar heel moeilijk ontvlammen en verlaagt dus het risico op brand aanzienlijk. Een extra koelsysteem installeren is dus niet meer nodig. De vastestofbatterij is ook minder gevoelig aan temperatuurschommelingen. Hij blijft net zo efficiënt in de zomer als in de winter (maar in de winter verbruikt de verwarming van de auto nog steeds het meeste energie).

Bovendien is het mogelijk om geen kobalt te gebruiken voor de kathode. De anode kan worden vervaardigd uit grafiet. Maar meestal wordt er gebruik gemaakt van lithiummetaal. De vastestofbatterij heeft daarnaast vaak een hogere energiedichtheid - meer capaciteit voor een gelijk gewicht - dan een vloeibare accu. Daarmee kan het rijbereik van elektrische wagens nog stijgen en ook de efficiëntie van de bufferbatterij in brandstofcelwagens (op waterstof) worden verbeterd.

Nadelen van de solidstatebatterij

De technologie staat nog in zijn kinderschoenen. Met sommige elektrolyten zijn de laad- en ontlaadvermogens niet zo hoog. Een snellaadvermogen van >300 kW is dus nog niet vanzelfsprekend. Maar er zijn andere, veelbelovende mogelijkheden. Zodra de vastestofbatterij klaar is voor de auto-industrie, moet hij echter nog worden geïndustrialiseerd, ofwel worden klaargemaakt voor massaproductie. Het stollen van de elektrolyt en de fabricage van de batterij vereisen namelijk een speciale, chemisch inerte omgeving. En dat is (nog) duur.

Bovendien zijn er in de ontwikkeling van deze batterijen vervormingen, opzwellingen en scheuren waargenomen in de vaste verbinding. Hierdoor wordt de anode beschadigd of nemen het vermogen en de capaciteit van de batterij sterk af. Ook al zou de vastestofbatterij in theorie een langere levensduur moeten kennen, aangezien de chemische structuur minder wordt aangetast door herhaaldelijk snelladen.

Wanneer komt de solidstatebatterij?

De vastestofbatterij moet dus nog verder worden ontwikkeld. Toch is er al een constructeur die eraan begint. Het Chinese Nio heeft in januari 2021 de ET7 onthuld, die is uitgerust met een vastestofbatterij van 150 kWh. Ook de grote historische constructeurs zitten in een wedloop met de batterijspecialisten. BMW en Ford hebben beslist om samen te werken op dit gebied, terwijl Hyundai en Stellantis rekenen op de Chinese batterijproducent CATL.

Tesla rekent dan weer op Samsung en Toyota werkt samen met Panasonic. Volkswagen heeft tenslotte een akkoord met QuantumScape. De eerste modellen van deze merken zouden binnen de 5 jaar moeten uitkomen. Een veralgemening van elektrische wagens met een vastestofbatterij lijkt dus mogelijk vanaf 2035 of misschien wel 2030. Alles hangt af van de wetenschappelijke vooruitgang en de kostenbeheersing. Deze ontwikkelingen zullen trouwens ook een grote impact hebben op andere consumentengoederen zoals smartphones en thuisbatterijen.