"De huidige ontwikkeling van batterijen is heel interessant"

Professor Fichtner, geen enkel ander onderdeel is voor een elektrische auto zo elementair als de opslagbatterij. Wat is de beste batterij voor deze toepassing?
Een batterij die de beste combinatie van opslagcapaciteit, snelle lading, lage kosten, veiligheid en duurzaamheid in zich verenigt. Welke dat precies is, hangt af van het voertuig en het gebruik ervan. In het topsegment is een groot bereik van belang. In het compacte segment moet een batterij aanzienlijk voordeliger zijn, waardoor deze niet zo veel opslagcapaciteit hoeft te hebben.

De hoeveelheid ruimte voor de batterij in een elektrisch voertuig is beperkt. Hoe moet een batterijsysteem zijn opgebouwd zodat het bij dezelfde grootte meer kan opslaan?
Sommige fabrikanten werken met het zogehetenzogehetenn 'Cell-to-Pack-ontwerp', ook wel 'Cell-to-Body-ontwerp' genoemd. Eenvoudig gezegd, worden batterijpacks niet langer opgebouwd uit cellen met de grootte van een chocoladereep, maar in het formaat van vloerplanken. Deze grotere eenheden bevatten minder onbenut verpakkingsmateriaal en bieden meer ruimte voor het eigenlijke opslagmateriaal. Ze bereiken een integratiedichtheid van meer dan 70 procent, in tegenstelling tot slechts 50 procent bij normale batterijen. Fabrikanten van elektrische auto's die eigen ontwikkeling van batterijen nastreven, kunnen van meet af aan rekening houden met deze technologische sprongen in het ontwerp. Want de focus mag niet zo zeer op de afzonderlijke batterijcellen worden gericht, maar meer op de vraag hoe de cellen zo ruimtebesparend en groot mogelijk gebouwd kunnen worden.

Welke vooruitgang zullen batterijen de komende jaren boeken?
Wij verwachten een enorme vooruitgang. Voor 2023 zijn de eerste batterijpacks van twee Chinese fabrikanten aangekondigd, die een bereik van meer dan 1000 kilometer moeten bieden. Tegelijkertijd kan hiermee in tien minuten 700 kilometer bereik worden geladen. Zelfs ik als onderzoeker ben verrast door deze dynamiek in de ontwikkeling. Dit zou een grote sprong voorwaarts zijn in de batterijtechnologie, die nog niet eens op nieuwe baterijchemie is gebaseerd, maar op technologische maatregelen.

Het opgenomen vermogen wordt vaak verwaarloosd. Wat is het verband tussen opladen en batterijtechnologie?
Ja, dat klopt, want wanneer rijden mensen 600 kilometer in één stuk? Belangrijk bij grote batterijen is daarom dat ze de mogelijkheid bieden om snel op te laden. Dat is het echte argument. Als mensen de batterij van hun elektrische auto in tien minuten van tien naar 80 procent kunnen opladen, vervalt ieder argument voor de verbrandingsmotor. Er zijn materialen die sneller geladen kunnen worden en materialen die langzamer geladen kunnen worden. Technisch gezien, verplaatsen de lithium-ionen in de batterij zich bij het opladen van de pluspool naar de minpool, daar moeten ze zogezegd ineenkruipen en zich ophopen.

Tegenwoordig wordt op de minpool gebruik gemaakt van een grafietlaagstructuur. Er zijn al batterijfabrikanten die hier silicium-koolstof-composieten willen gebruiken. Deze zijn kunnen aanzienlijk sneller worden geladen, ook bij lage temperaturen. Wat het materiaal betreft, is er veel ontwikkelingspotentieel. Alleen al door deze materiaalverandering verandering van het materiaal op de minpool krijgt de totale cel 30% meer opslagcapaciteit. Op dat gebied zijn er nog ongelooflijk grote ontwikkelsprongen mogelijk. Afgezien daarvan: als je een 60-kWh-batterij in tien minuten wilt opladen, heb je een oplaadaansluiting nodig met een vermogen van 360 kW. Dat toont aan dat de beperking momenteel steeds minder aan de kant van de batterij ligt, maar meer bij de laadinfrastructuur.

Bij een smartphone kan bij intensief gebruik de capaciteit van de batterij na twee, drie jaar sterk afnemen. Hoe lang is de levensduur van een batterij van een elektrisch voertuig?
De batterij in de smartphone zit heel anders in elkaar en het ontwerp ervan is erop gericht dat u de smartphone na drie jaar vervangt. In een auto is de batterijregeling veel intelligenter en wordt de batterij op vele manieren, bijvoorbeeld door intelligent laadbeheer, beschermd tegen oververhitting en andere schadelijke invloeden. Onderzoeken met nieuwere voertuigen tonen aan dat na vijf jaar in het algemeen nog 95 procent restcapaciteit van de batterij beschikbaar is. De tractiebatterij in een elektrisch voertuig is zo ontworpen, dat deze 2000 volledige cycli kan doorstaan. Ter Als voorbeeld: 2000 keer 500 kilometer bereik is een miljoen kilometer. Na deze 2000 volledige cycli bereikt de batterij een drempel van 80 procent restcapaciteit, wat als criterium geldt voor het einde van de levensduur van een batterij. De batterij is dan echter nog lang niet kapot en kan bijvoorbeeld in een stationaire installatie voor opslag van zonne- of windenergie nog tien jaar nuttig werk doen.

Wereldwijd ontstaan er gigafabrieken voor de productie van batterijen. Zijn er de komende jaren of decennia wereldwijd voldoende grondstoffen voor de celproductie?
Als we uitgaan van de huidige cijfers wel. De productiecapaciteit is echter nog niet aangepast aan de sterk stijgende vraag, zodat er op sommige gebieden knelpunten kunnen ontstaan. Wij onderzoekers proberen hier iets aan te doen door bijvoorbeeld kobalt volledig uit nieuwe batterijen te verbannen en lithium in de toekomst gedeeltelijk door natrium te vervangen, wat de mogelijke tekorten aan grondstoffen aanzienlijk zal verminderen. In Duitsland worden momenteel elf gigafactories voor batterijen gepland. Dat is in geen enkel ander land het geval. Er is een enorm potentieel om het juiste te doen. De cruciale vraag is: produceren deze gigactories alleen cellen, of zorgen ze voor het hele systeem?

Hoe belangrijk zijn in deze context recyclingprocessen voor afgedankte batterijen?
Heel belangrijk. Naar schatting zal vanaf 2034 al de helft van de benodigde grondstoffen afkomstig zijn van recycling. Op dit moment zijn er 38 bedrijven voor recycling van batterijen in Europa die nieuwe processen ontwikkelen en hun capaciteit uitbreiden. Als de grote hoeveelheden batterijen uit elektrische voertuigen in het midden van de jaren 2030 in het recyclingproces belanden, moeten zij daarop voorbereid zijn.

De accu maakt een groot deel uit van de kosten van een elektrisch voertuig. Wat moet er gebeuren om deze kosten te verlagen?

Daartoe moeten goedkopere grondstoffen worden gebruikt, dat wil zeggen grondstoffen die in ruime hoeveelheden beschikbaar zijn, in de hele wereld voorkomen en probleemloos kunnen worden afgebroken. Verder moet de productie  van nieuwe energie- en tijdbesparende procedures ontwikkelen. Naast de transitie naar duurzamere materialen, is kostenverlaging de megatrend in de batterijproductie. Dit staat overal centraal: minder benodigde ruimte, energie en tijd. Er is veel in ontwikkeling en het gaat sneller dan je misschien denkt. De huidige ontwikkeling van batterijen is heel interessant.