De batterij is het hart én de achilleshiel van een elektrische wagen

Overal ter wereld zoeken ingenieurs naar manieren om betere autobatterijen te produceren. Die moeten langer meegaan en meer kilometers aankunnen. Dat zorgt ook voor een rush op de batterijgrondstoffen.

Batterijen zijn het duurste onderdeel van een elektrische wagen, goed voor ongeveer 30 procent van de kostprijs. Tegelijk vormen ze de achilleshiel van de wagen: een minder performante batterij verhoogt niet alleen het risico om stil te vallen, maar vernietigt ook de tweedehandswaarde.

Geen wonder dat het onderzoek naar batterijtechnologie boomt. Het Leuvense imec bijvoorbeeld werkt aan vastestofbatterijen, waarvan de eerste rond 2025 op de markt zouden kunnen komen. Die zijn, in tegenstelling tot de huidige loodzuurbatterijen, niet brandbaar en dus veiliger. Ook maken ze een hogere energiedensiteit en snellere laadtijden mogelijk. Daardoor kan het bereik van elektrische wagens richting 800 kilometer gaan. Ook voor thuisbatterijen is dat interessant.

De Leuvenaars zijn niet de enigen. Samen met het Koreaanse LG werkt het Amerikaanse autoconcern General Motors aan de Ultium. Die batterij moet het bereik van de elektrische wagens van de groep optrekken van 400 naar 650 kilometer. De Amerikaanse elektrische-autobouwer Tesla onthulde in september zijn nieuwe 4680. Die batterij zou 16 procent efficiënter zijn, maar door een verbeterd ontwerp van de batterij en de wagen zou de efficiëntiewinst voor het voertuig oplopen tot 30 procent. Dat zou zich vertalen in een rijbereik van ruim 830 kilometer, in ideale omstandigheden. Het huidige model S komt nu maximaal 640 kilometer ver.

De nieuwe batterij zou ook ruim 2 miljoen kilometer aankunnen. Dat is een pak meer dan de garantie van acht jaar rijplezier of 200.000 km die de autobouwers doorgaans geven. Ook het Chinese Contemporary Amperex Technology (CATL) beweert al voorbij die grens te zijn gegaan: het bedrijf kondigde vorige zomer aan dat het batterijen kon produceren die 16 jaar of 2 miljoen kilometer kunnen meegaan.

Het voornaamste voordeel van zo’n verbeterde batterij is dat ze tegelijk een hoop andere problemen oplost. Vergelijk het met de innovaties die in uitdagende omstandigheden in Formule 1-wagens worden getest, om vervolgens hun weg te vinden naar de gezinswagen. Bij batterijen gaat het dan over de verminderde levensduur door veel snellaadbeurten, overbelasting, volledige ontlading, rijden in extreem heet of koud weer of al te lang stilstaan in de garage.

De batterij-industrie hanteert wel een aantal vuistregels. Een batterij die terugvalt op minder dan 80 procent van de oorspronkelijke capaciteit, wordt niet meer geschikt geacht om in auto’s te gebruiken. Volgens sommigen verliest een batterij elk jaar 2 procent van haar capaciteit, waardoor een wagen van zes jaar al voorbij de helft van zijn levensduur kan zijn. Het ultieme doel is echter te komen tot een elektrische wagen waarin de batterij niet het eerste, maar het laatste onderdeel is dat het begeeft.

Rush op grondstoffen

De zoektocht naar betere batterijen zorgt ook voor een rush op de grondstoffen. De prijzen van de chemische elementen 4, 27, 28 en 29 – bij de leek beter bekend als lithium, nikkel, kobalt en koper – zitten stuk voor stuk in de lift. Al verdient dat enige nuancering. Lithium klom sinds begin dit jaar grofweg van 6000 naar 9000 dollar per ton, maar begin 2018 kostte het nog 17.000 dollar.

Dat weerhoudt sommige analisten er niet van om een nieuwe supercyclus te voorspellen. Dat is een periode van almaar stijgende grondstofprijzen, vergelijkbaar met wat gebeurde aan het begin van deze eeuw, toen de economische groei van China op toerental kwam. Want ook voor de elektrische revolutie moet er overal nieuwe infrastructuur worden gebouwd. Er moeten stroomnetten, batterijfabrieken en laadinfrastructuur bijkomen in Azië, Europa, Noord-Amerika en Australië, en dat allemaal tegelijkertijd.

Het gevolg zijn massale investeringen in nieuwe ontginningsmogelijkheden voor batterijgrondstoffen. Het Amerikaanse DeepGreen Metals, dat sinds begin deze maand op de Nasdaq-beurs noteert, wil vanaf 2024 naar mineralenknollen zoeken op de bodem van de oceaan. Ook de Belgische baggergroep Deme doet al enkele jaren onderzoek naar het potentieel van ‘ deepsea mining‘. Voor dat kan, moet de Internationale Zeebodem Autoriteit, een instelling onder de vleugels van de Verenigde Naties, haar goedkeuring geven. Veel wetenschappers vrezen echter onomkeerbare schade aan de mariene ecosystemen.

Toch lijken die investeringen niet voldoende om aan de vraag naar nieuwe grondstoffen te voldoen. Tien jaar geleden was amper 2 procent van de lithiumproductie bestemd voor autobatterijen. Volgens een rapport van Citigroup zou dat tegen 2025 liefst 75 procent zijn. De stijgende grondstofprijzen zullen het de autobouwers en de batterijproducenten moeilijk maken om hun kosten verder naar beneden te duwen, vrezen sommige analisten. Al lijkt Elon Musk het daar niet mee eens: de Tesla-topman verwacht dat zijn nieuwe 4680-batterij een kostenbesparing van liefst 56 procent betekent.

Op langere termijn moet de waardeketen van batterijen echter duurzamer worden, en minder teren op nieuwe grondstoffen, vindt de Europese Unie. “De ecologische voetafdruk van batterijen moet verkleinen”, zegt Europees commisaris Virginijus Sinkevicius, bevoegd voor milieu, oceanen en visvangst. Een nieuwe richtlijn legt tegen 2030 en 2035 ook verplichte recyclagedoelen op voor de batterijproducenten en autobouwers. Dat is koren op de molen voor een bedrijf als Umicore, dat klaar staat om die elektrische batterijen te recycleren. Het werkt ook samen met het energiebedrijf Engie voor een andere Europese wens, met name een tweede leven voor de gebruikte autobatterijen. In het nog tot 2030 lopende proefproject worden 48 autobatterijen van Renault samengebracht om een 1,2 megawatt zware batterij te vormen, die wordt ingezet als back-up voor het elektriciteitsnet.