Elektrische auto’s: welke voordelen hebben de verschillende batterijen?

Elektrische auto’s verkopen steeds beter. Waarschijnlijk niet omdat automobilisten ze plots heel interessant vinden, maar eerder omdat ze verplicht worden om ze te kopen, vooral als het een bedrijfswagen is en het doel is om te profiteren van de gunstige fiscale aftrekbaarheid.

Toch zijn niet alle elektrische auto’s gelijk. Dit geldt voor het uiterlijk, de uitrusting en het comfort, maar ook… voor de batterij. Er bestaat niet één batterijtechnologie, maar er zijn er meerdere, die elk zeer verschillend presteren. Je kunt je dus maar beter bewust zijn van de verschillen. Hier kijken we naar de technologieën die op dit moment op de markt zijn en naar enkele oplossingen die er binnenkort aankomen.

Lithium-ion NMC en NCA

Tegenwoordig gebruiken alle elektrische auto’s lithium-ionbatterijen, hoewel de samenstelling ervan kan variëren. De twee meest voorkomende varianten van deze lithium-ionbatterijen zijn NMC (nikkel-mangaan-kobalt) en NCA (nikkel-kobalt-aluminium) die kobalt bevatten. Kobalt wordt hier met name gebruikt als kathode, het deel van de cel dat de capaciteit bepaalt. Waarom kobalt? Simpelweg omdat het een uitstekende energiedichtheid heeft (het aantal Wh/kg), terwijl het batterijbeheersysteem (BMS) veel nauwkeuriger is over het resterende laadniveau.

NMC- en NCA-batterijen worden ook gebruikt voor sportievere elektrische wagens, omdat ze hun capaciteit beter kunnen leveren bij hoge temperaturen. Daarom gebruikt Tesla deze technologie voor de Model S Plaid.

Maar kobalt roept ook enkele vragen op. Het is duurder om te delven dan andere mineralen (twee keer zo duur als nikkel, vijftien keer duurder dan aluminium en duizend keer duurder dan mangaan), terwijl het voornamelijk in Congo wordt gewonnen onder twijfelachtige milieu- en ethische omstandigheden. Daarom stappen autofabrikanten steeds vaker af van het gebruik van kobalt in hun chemicaliën, ten voordele van kathode uit lithium-ijzerfosfaat.

Lithium-ijzerfosfaat

Om van kobalt af te komen, zijn batterijproducenten en autoconstructeurs op zoek gegaan naar andere oplossingen, zoals kathodes uit LFP of lithium-ijzerfosfaat (LiFePO4). Deze technologie is nu populair, omdat ze de prijs van een batterijpakket aanzienlijk verlaagt (met 30 tot 40%) – nog altijd het duurste onderdeel in een elektrische auto – door minder kobalt te gebruiken.

Naast een lagere prijs heeft de LFP-technologie ook een zeer lange levensduur in vergelijking met NMC- en NCA-batterijpakketten. Volgens verschillende onderzoeken ligt het aantal efficiënte laadcycli vier keer zo hoog. Dit is enorm en maakt het voor constructeurs mogelijk om klanten gerust te stellen met een garantie tot acht jaar of een miljoen afgelegde kilometers. Ook hier blijkt uit onderzoek dat deze batterijen zelden gewisseld worden onder garantie.

En dat is nog niet alles: een ander voordeel van het LFP-pakket is de stabiliteit en het verminderde risico op brand in vergelijking met NMC en NCA, wat klanten ook geruststelt. Om het de automobilist nog gemakkelijker te maken, hoeft hij zich ook geen zorgen te maken over de laadsnelheid. Terwijl je een NMC- of NCA-batterijpakket idealiter maar tot 90% oplaadt om degradatie te voorkomen, kan een LFP-pakket tot 100% laden zonder negatieve gevolgen. Dit is niet alleen praktisch, maar ook noodzakelijk: zonder kobalt als kathode is een betrouwbare batterijmeting (BMS) alleen mogelijk na 100% opladen.

Toch heeft de LFP-technologie enkele beperkingen. Bijvoorbeeld qua energiedichtheid. Die ligt namelijk 15 tot 25% lager dan bij NMC- of NCA-batterijpakketten. Daarom wordt deze technologie vaak gebruikt voor instapmodellen, zoals de basisversie van de Tesla Model 3, de MG 4 en binnenkort ook de Citroën ë-C3. Nog een nadeel is het hogere gewicht van de LFP-batterij om een interessant rijbereik te kunnen halen, wat ook drukt op de prestaties de auto (zowel het rijbereik als de sportieve prestaties). Daarom gebruikt de Tesla Model S Plaid geen LFP-technologie.

Daarnaast houden LFP-cellen helemaal niet van kou. Onder deze omstandigheden gaan de prestaties snel achteruit, terwijl ze ook langzamer zijn in het snelladen. Daarom laat Tesla de LFP-batterij systematisch voorverwarmen bij het naderen van een snellader, tenminste als je het navigatiesysteem naar een snellader hebt ingesteld. Terwijl de elektrische auto goed is voor het milieu, is dat minder het geval met een LFP-batterij. De recyclageketen is niet ontwikkeld. En het risico bestaat dat dit zo blijft, want het recyclageproces is ingewikkelder en niet rendabel voor constructeurs.

Om af te sluiten met deze LFP-technologie moet je ook weten dat er gelijkaardige chemische samenstellingen bestaan die mangaan toevoegen, een techniek die de energiedichtheid verbetert. Dit is een goede ontwikkeling, die ook logisch is gezien de lage kosten van mangaan.

De toekomst : (half)vastestofbatterij

De toekomst? Uiteraard is dat de vastestofbatterij, waarbij de vloeibare elektrolyt wordt vervangen door een vaste anorganische verbinding. We hebben het hier al uitgebreid over gehad. In dit batterijtype verplaatsen de ionen zich niet langer van de anode naar de kathode door een vloeistof te verhitten, waardoor het brandrisico drastisch daalt. Het resultaat is een grotere veiligheid en dus een verbeterde energiedichtheid (zelfs een verdubbeling), samen met een hoger laadvermogen.

Met hetzelfde rijbereik is er minder ruimte nodig voor de batterij, die bovendien minder weegt. Omdat deze technologie nog in haar kinderschoenen staat (slechts één model maakt er momenteel gebruik van), blijft ze uiteraard duur. Het vereist ook strengde productieomstandigheden (perfect gecontroleerde omgeving).

Er bestaat ook een tussenoplossing: de halfvastestofbatterij, waarvan de elektrolyt nog altijd vloeibaar is, maar die geen verbinding gebruikt en dus een grotere energiedichtheid biedt, zoals het geval is bij de Nio ET7.

Lithium, gemeenschappelijk element

Dit zijn de huidige batterijtechnologieën. Er is één element dat al deze chemische samenstellingen gemeen hebben: lithium. Momenteel is de productie hiervan beperkt (er zijn niet genoeg mijnen of extractieprojecten), waardoor er mogelijk tekorten ontstaan als de vraag naar elektrische auto’s explodeert. Bovendien is de productie van lithium ecologisch moeilijk, omdat hiervoor veel water nodig is.

Daarom richt het onderzoek zich nu op het vervangen van lithium door natrium. Zo worden natrium-ionbatterijen bestudeerd (ook sodium-ionbatterijen genoemd), waarvan de kathoden en anoden natrium in plaats van lithium gebruiken. Voor constructeurs is dit een nieuwe meevaller, omdat natrium veel vlotter beschikbaar is op de aarde dan lithium (tussen driehonderd en duizend keer meer), waardoor de kosten zouden dalen. Wel heeft natrium een lagere energiedichtheid (de helft minder). Maar mogelijk is dat slechts tijdelijk en kan meer onderzoek dit nog verbeteren.

Overzicht van de voor- en nadelen van de chemische samenstellingen.

Op zoek naar een auto? Zoek, vind en koop het beste model op Gocar.be