De wereld van energieopslag en elektrische mobiliteit staat aan de vooravond van een transformatie. Meer bepaald zal de ontwikkeling van de vastestofbatterij een aardverschuiving veroorzaken. Een aantal bedrijven zoals BMW, Ford en Toyota werken aan de technologie. Dat laatste bedrijf wil binnenkort zelfs beginnen aan de massaproductie. Maar welke impact zal dit hebben op de wereld?
Wat zijn vastestofbatterijen? Een vastestofbatterij is een type batterij waarbij vaste materialen worden gebruikt voor zowel de elektroden als de elektrolyten, in tegenstelling tot de vloeibare elektrolyten in lithium-ionbatterijen. Dat resulteert in een verbeterde veiligheid en een hogere energiedichtheid. Ze hebben ook het potentieel voor een langere levensduur en zouden sneller kunnen opladen. Hoewel de technologie veelbelovend is, moeten echter nog een aantal zaken worden opgelost voordat vastestofbatterijen klaar zijn voor de commerciële markt.
De voordelen
Veiligheid: Vastestofbatterijen bieden verbeterde veiligheid vanwege het gebruik van vaste elektrolyten in plaats van vloeistoffen, wat het risico op lekkage en thermische doorbranding vermindert. In lithium-ionbatterijen kunnen lekkage of interne kortsluiting resulteren in oververhitting, brand en zelfs explosies. Vastestofbatterijen, door het gebrek aan vloeistoffen, minimaliseren deze risico’s aanzienlijk, waardoor ze aantrekkelijker zijn voor veiligheidskritische toepassingen zoals elektrische voertuigen en draagbare elektronica.
Hogere energiedichtheid: De overgang naar vaste elektrolyten maakt het mogelijk dat vastestofbatterijen een hogere energiedichtheid bereiken in vergelijking met conventionele lithium-ionbatterijen. Dit betekent dat ze meer energie kunnen opslaan in verhouding tot hun grootte, wat resulteert in een groter rijbereik voor elektrische voertuigen en een langere gebruiksduur van apparaten zoals smartphones of laptops. Toyota, dat zegt binnen zo’n vier tot vijf jaar een vastestofbatterij op de markt te zullen brengen, denkt dat auto’s die ermee uitgerust worden een rijbereik van zo’n 1.200 kilometer zullen hebben.
Levensduur: Door het gebruik van vaste elektrolyten moeten vastestofbatterijen in de toekomst een langere levensduur krijgen in vergelijking met lithium-ionbatterijen. Daardoor zullen volgende generaties van elektrische auto’s en consumentenelektronica veel langer meegaan. Ironisch genoeg is dit momenteel nog een van de grootste problemen met experimentele vastestofbatterijen. Bestaande varianten kunnen hooguit een paar honderd keer worden opgeladen, een orde van grootte minder dan lithium-ionbatterijen. Vastestofbatterijen hebben echter het potentieel om vele duizenden laadcycli aan te kunnen, zonder daarbij veel capaciteit te verliezen.
Sneller opladen: Vastestofbatterijen beloven snellere laadtijden in vergelijking met traditionele lithium-ionbatterijen. Daardoor zouden elektrische voertuigen en draagbare apparaten in slechts enkele minuten kunnen worden opgeladen. Hoewel elektrisch rijden steeds populairder wordt, is de lange oplaadtijd van elektrische wagens nog altijd een belangrijke drempel voor consumenten. Als een auto op slechts vijf tot tien minuten kan opladen, zal ook de adoptie van elektrische wagens in een stroomversnelling komen.
Toch nog uitdagingen
Op te merken: Hoewel vastestofbatterijen veelbelovend zijn, zijn er nog enkele uitdagingen die hun commerciële aantrekkelijkheid belemmeren. Het ontwikkelen van vastestofbatterijen is technisch zeer complex. De elektroden van huidige versies zetten uit en trekken samen tijdens het opladen. Daardoor raken ze uiteindelijk los van het elektrolyt. De batterijen worden daardoor waardeloos. Bovendien is het productieproces nu nog altijd bijzonder duur. Om een vastestofbatterij te fabriceren, moeten fabrikanten 4 tot 25 keer meer geld neertellen dan bij de productie van een lithium-ioncel. Om de kosten te verlagen, zal de industrie dus fors moeten opschalen.
Deze uitdagingen weerhouden vastestofbatterijen er echter niet van om een potentieel revolutionaire technologie te zijn. Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt en de productieprocessen worden geoptimaliseerd, zullen ze waarschijnlijk een steeds grotere rol gaan spelen in de energieopslag en elektrische voertuigen. (ddw)
