Batterijspecialist TDK claimt doorbraak met vastestofbatterijen: wanneer mogen we die krachtige technologie verwachten in elektrische auto’s?

Een batterij die de helft lichter en kleiner is dan de gebruikelijke EV-accu, en die bovendien krachtiger is. Vastestofbatterijen hebben de potentie om de industrie te revolutioneren. Het Japanse TDK claimt alvast een doorbraak. Wat zijn die accu’s? En, wellicht crucialer: wanneer kunnen we ze in elektrische wagens verwachten?

TDK, dat batterijen voor iPhones maakt, heeft een nieuw materiaal ontwikkeld dat de energiedichtheid van een batterij kan verhogen tot 1.000 wattuur per liter (belangrijk voor toepassingen waarvoor de fysieke ruimte een beperkende factor is, nvdr). Dat is meer dan het dubbele van de huidige batterijtypes. Het nieuwe materiaal zal vermoedelijk eerst worden ingezet in apparaten die werken op kleine accu’s, zoals horloges en hoofdtelefoons.

De grote ambitie voor de vastestofbatterij is dat ze op termijn ook de energie levert van elektrische auto’s. Zo zei ook de Japanse autobouwer Toyota recentelijk een mijlpaal te hebben gevestigd die de technologie dichterbij brengt. Waarin precies ligt het verschil met de huidige generatie EV-batterijen?

Hogere energiedichtheid, minder ontvlambaar

“De batterijen die vandaag gebruikt worden in elektrische voertuigen, lithium-ionbatterijen, werken op basis van een vloeibaar elektrolyt”, zegt Philippe Vereecken, batterijspecialist verbonden aan imec, Energyville en de KU Leuven. “De elektrolyt, een vloeibare zoutoplossing, zorgt voor de chemische reactie waardoor de elektriciteit kan stromen (feitelijk verplaatst het ionen tussen de anode en de kathode, de positieve en de negatieve pool, nvdr). In vastestofbatterijen zit geen vloeibare maar een vaste elektrolyt, wat een erg goede geleider is voor ionen.” 

Vastestofbatterijen (of solid state batteries) hebben een “hogere energiedichtheid”, vervolgt Vereecken. “Daardoor kunnen ze meer energie leveren met minder ruimte en gewicht”, beaamt politiek econoom Ron Stoop, die de elektrificatierevolutie op de voet volgt. “Ze zijn dus voordelig in auto’s en plekken met weinig ruimte.”

“De standaardaccu heeft op celniveau een vermogen van 250 wattuur per kilogram (belangrijk voor toepassingen waar het gewicht een beperkende factor is, nvdr)”, zegt Maarten Steinbuch, hoogleraar werktuigbouwkunde aan de TU Eindhoven, bij RTL Nieuws. “De allernieuwste zelfs 500 wattuur per kilogram. Met vastestofbatterijen hopen we nóg hoger uit te komen.”

Bovendien zouden minder kritieke grondstoffen nodig zijn om de vastestofbatterij te ontwikkelen. “Je kunt ze zelfs zonder kobalt bouwen”, merkt Mark Pecqueur, docent autotechnologie aan de Thomas More Hogeschool, op. Alsof dat allemaal nog niet genoeg is, zou er minder kans zijn op oververhitting. “Af en toe vliegt een batterij in brand”, weet Vereecken. “Als je de vloeibare elektrolyt vervangt door een vaste tegenhanger, is de batterij minder ontvlambaar.”

Heilige graal

CEO Noboru Saito benadrukt dat TDK zich richt op een vroege commercialisering van de technologie, maar eerst voor kleine apparaten. Toyota wil ze tegen 2027 productierijp hebben voor wagens. Vastestofbatterijen worden allang gezien als ‘de heilige graal van de batterijtechnologie’. Hoe realistisch is dat allemaal?

PHILIPPE VEREECKEN. “De ‘heilige graal’ is wat overdreven. Ik zie het meer als een volgende stap in de evolutie van de batterijen, maar het is een moeilijke stap.”

TONY VERHELLE (Autojournalist). “Als Toyota dat zegt, is dat normaal gezien redelijk realistisch. Die datum was ongeveer waar ze altijd al op gemikt en gehoopt hebben. Maar solid state is hoe dan ook de toekomst. De vraag is hoe nabij die toekomst is.”

RON STOOP. “Tja, Toyota heeft eerder zijn zinnen gezet op waterstofwagens. En dat lijkt ‘m vooralsnog niet te gaan worden. We hebben geen inzicht in de interne keuken van het bedrijf. Ze lopen ook wat achter op de elektrificatiedoelstellingen in vergelijking met Amerikaanse en Chinese wagens. Misschien proberen ze met deze nieuwe batterij hun imago wat op te krikken. Maar het is wel veelbelovend allemaal.”

MARK PECQUEUR. “Als ik zie dat ze nu al prototypes hebben rondrijden, dan is 2027 zelfs nog lang, dat is nóg drie jaar. Daar zie ik het probleem niet.”

‘Ik zie het als de volgende stap in de evolutie van de batterijen’

Philippe Vereecken (imec/Energyville/KU Leuven)

Waar ligt het probleem dan wel? 

PECQUEUR. “Het probleem ligt niet meer aan de voertuigkant, maar aan de infrastructuurkant. Als je morgen zo’n batterij hebt en je wilt die in 10 minuten opladen – in dit geval 200 tot 300 kilowattuur – dan heb je daar minimaal 1,5 megawatt aan vermogen voor nodig. Om je een idee te geven: 1,5 megawatt is het verbruik van ongeveer 500 gezinnen. Dus die 500 gezinnen moeten 10 minuten van het net af om die batterij te kunnen laden. Dat maakt het niet makkelijk.”

Ons laadpaalnetwerk kan het nog niet aan.

PECQUEUR. “Dat is allemaal gebouwd voor de batterijen van nu. Die 1,5 megawatt hebben we nodig om uiteindelijk vrachtwagens te kunnen opladen. Die zullen hun batterij kunnen opladen in ongeveer een uur. Maar ook die infrastructuur is er gewoon nog niet. Er bestaat in België nog geen enkele snellaadpaal voor vrachtwagens.”

YVES WOUTERS (Autofans.be). “De energie moet inderdaad ergens van komen. Al vind ik het een beetje doemdenken zoals Mark het zegt. Het snelladen zal nooit de norm worden. Het opladen zal evolueren: mensen zullen meer en meer thuis opladen. De vraag naar tragere laadpalen is groter dan die naar snellaadpalen. Wie een paar jaar elektrisch rijdt, beseft dat die snellaadpalen alleen gebruikt worden voor verre afstanden. Het blijft hoe dan ook een mooie ontwikkeling dat die solid-statetechnologie er binnenkort ook commercieel is.”

PECQUEUR. “Tja, als je zo’n batterij thuis wilt laden, zelfs met een 11 kilowattlader, ben je daar 24 uur mee bezig. Maar je moet het dan maar één keer doen om meer dan 1.000 kilometer af te leggen.”

Technische akkefietjes

Toyota gaf geen technische details over zijn doorbraak. Het zegt inderdaad dat de batterij een bereik heeft van 1.200 kilometer en in minder dan 10 minuten is op te laden.

VEREECKEN. “Bij imec hebben we ook een vaste elektrolyt ontwikkeld. Zodra je die hebt, moet je hem natuurlijk in een batterij stoppen, en dan komen al de kleine en grote probleempjes op je af. Dat is wellicht waarom het al een tijdje stil geweest is rond de technologie. Ik veronderstel dat hun doorbraak zich hier situeert. Dat ze een oplossing gevonden hebben voor een van de grotere problemen, namelijk die elektrolyt in een batterij te krijgen. En dat ze nu geen bottlenecks meer zien om tot een product te komen.”

VERHELLE. “Wellicht zijn er nog een paar technische akkefietjes, maar denken de Japanners een groot obstakel te hebben weggeruimd. Het probleem is dat elektrische auto’s veel te zwaar en veel te groot worden gemaakt, en ze dus ook veel te grote batterijen nodig hebben. Ik hoop dat ‘solid state’ daar een beetje verandering in kan brengen. Toyota is overigens niet de enige die aan deze technologie werkt; BMW is er ook mee bezig. Zo’n concurrentie noopt tot resultatendrang.”

VEREECKEN. “Ik maak weleens de vergelijking met chips en CMOS-technologie: de onderzoekers zitten tegen de muur tot er een doorbraak komt en ze ineens een fundamenteel probleem hebben opgelost. Ik denk dat we hier iets soortgelijks hebben.”

Samengevat: voorzichtig optimisme is hier gepast.