Vastestofbatterijen of solid-state-accu’s lijken al even een heilige graal voor de auto-industrie. Fabrikanten laten vaak uitschijnen dat de technologie er heel binnenkort zit aan te komen. Maar hoe waarschijnlijk is dat? En loont het de moeite om te wachten op die komst of kan je evengoed nu al je slag slaan?
Er lijkt een heel groot verschil te zitten tussen de voorspellingen van de verschillende fabrikanten. Betekent dat dan dat de ene de nabijheid van de lancering van solid-state rooskleuriger voorstelt dan de andere? Of is de andere gewoon duidelijker over de exacte tijdlijn? Uiteraard is het ene bedrijf al verder gevorderd, maar het lijkt wel duidelijk dat sommigen de prototypefase en de eerste, voorzichtige uitrol als de finale fase voorstellen. Maar dat er beweging zit in de evolutie richting de finale fase lijkt wel duidelijk.
CATL en BYD zijn de twee grootste Chinese batterijfabrikanten, dus loont het de moeite om na te gaan waar zij zitten in het proces. Beide merken lieten weten dat ze volgend jaar al een eerste proefproductie zullen laten draaien. Daarbij zullen beperkte aantallen voertuigen van de band rollen met die eerste generatie van vastestofbatterijen. De volledige commerciële productie zal dan ten vroegste voor 2029 en waarschijnlijk eerder richting 2030 of 2032 zijn. Alles hangt natuurlijk af van hoe vlot die eerste generatie het zal doen. Merken de fabrikanten een aantal stevige hindernissen op, dan kan dat een serieuze invloed hebben op de tijdlijn. Ook andere Chinese fabrikanten volgen een gelijkaardige planning. We zien dezelfde jaartallen opduiken bij Geely, CALB (de derde grootste fabrikant), Gotion High-Tech (dat Volkswagen achter zich heeft staan), Farasis Energy (met Mercedes-Benz) en EVE Energy. Het is duidelijk dat de vele accumakers in China niet anders kunnen dan te proberen volgen. Zeker als de marktleider (CATL is goed voor twee op de vijf in China geproduceerde batterijen) aankondigt dat het een volgende stap zet, moeten de andere meespringen. Achterblijven is geen optie in deze enorm competitieve markt. Blijkbaar heeft zelfs Dreame – ja, die van de robotstofzuigers – plannen voor een eigen vastestofbatterij. Die technologie zal namelijk niet enkel in auto’s terechtkomen, maar ook in tal van andere toepassingen. Wel moest Dreame intussen de plannen voor zijn snelle elektrische wagen opbergen, wat dan weer aantoont dat projecten in China snel van richting kunnen veranderen.
De interesse hoeft niet te verbazen, want solid-state heeft heel wat voordelen. Net daarom gaat dit door voor de heilige graal in de technologiewereld. Zo’n accu heeft niet alleen een veel grotere capaciteit dan de traditionele batterijen voor eenzelfde volume, maar laadt ook vlotter op, blijft efficiënt in een ruimer temperatuurbereik en is veel veiliger. Vooral dat laatste is een voordeel dat we maar al te graag omarmen. Iedereen kent wel de verhalen van smartphones, e-bikebatterijen of powerbanks die plots ontploffen. Doordat er geen vloeibare elektrolyten in zo’n vastestofbatterijen zitten, kunnen die gewoon doorprikt worden zonder kans op een thermische kettingreactie. Droge elektrolyten zijn namelijk niet brandbaar en kunnen niet gaan lekken. Solid-state is dus stabieler op chemisch vlak. Dan rest nog de vraag welke voertuigen vanaf 2027 het eerst zullen zijn uitgerust met zo’n vastestofbatterij. Bij BYD lijkt dat een luxewagen in de stijl van Rolls-Royce te worden, onder de vlag van het luxemerk Yangwang. Dat duidt er al meteen op dat die beperkte eerste productie zal draaien rond topmodellen en dan nog niet meteen op alle uitvoeringen van dat ene model. Die verkopen in kleinere aantallen, zodat er voldoende controle is op kinderziektes en er snel kan worden ingegrepen.
Er zijn dus wel degelijk nog hindernissen te overwinnen. Doordat de verbinding tussen de vaste delen kan verbreken wanneer de elektroden krimpen en uitzetten, kan je storingen krijgen en ook problemen om de capaciteit te bewaren. Daarom moeten cellen bijvoorbeeld onder druk staan, zodat dat contact niet verbroken wordt. En daarom zagen we de voorbije maanden tal van patenten opduiken die de sulfide-elektrolyten (die de vloeibare elektrolyten vervangen) stabiel houden en de interface tussen de verschillende materialen optimaliseert.
Eens elke fabrikant een ideale methode heeft gevonden om die stabiliteit te garanderen, kan de energiedichtheid stilaan opgetrokken worden. Die zit nu op zo’n 350 à 400 Wh/kg maar uiteindelijk zou 525 Wh/kg op celniveau mogelijk moeten zijn. Chery zou zelfs al prototypes aan het testen zijn met een dergelijke, hoge dichtheid. Daarmee kunnen voertuigen ofwel lichter worden, ofwel een grotere actieradius krijgen. Nu al zitten de betere prototypes aan 1.200 kilometer op één volle accu. Dat lijkt nutteloos veel, als je het zo bekijkt, maar kan toch handig zijn voor mensen die geen laadpaal voor hun deur hebben. Denk maar aan appartementen in grote steden, bijvoorbeeld. En moet je toch uiteindelijk eens laden, dan ben je snel weer weg. De meest gehoorde cijfers zijn zo’n tien minuten om te laden van 10 naar 80 procent. Dat betekent dat je gewoon even naar het toilet kan en dan weer kan vertrekken. Doordat er minder chemische aftakeling is bij solid-state, zou zo’n accu 3 tot 5 keer meer laadcycli kunnen doorlopen zonder al te veel aan capaciteit te moeten inboeten. Daardoor kan de batterij de auto zelfs overleven. Dat is toch wat anders dan de vorige en zelfs huidige generaties EV’s die merkbaar inboeten aan capaciteit na een paar jaar. Ten slotte zijn vastestofbatterijen niet alleen veiliger, duurzamer, lichter, compacter en sneller bij te laden, maar ook beter bij echt koud of warm weer. Terwijl de huidige generaties het vooral goed doen bij temperaturen van 15 tot 35°C, is dat bereik bij solid-state heel wat ruimer. Dat loopt van –60 tot +120 of zelfs 150°C. Bij vrieskou is er geen vloeistof die kan verharden, waardoor deze vastestofbatterijen hun capaciteit veel beter behouden. Je boet dus niet of nauwelijks in aan actieradius tijdens de winter. Bij extreme hitte is er dan weer minder gevaar op een thermische kettingreactie en dus brand. Daardoor zijn er minder zware koelsystemen nodig.
Solid-state is overigens geen uitsluitend Chinese aangelegenheid. Zo heeft het Amerikaanse Factorial Energy met een Mercedes-Benz al 1.200 kilometer afgelegd met één lading. Deze fabrikant claimt een energiedichtheid van 450 Wh/kg en testte zijn accu’s ook al in een Dodge Charger, dé Amerikaanse muscle car bij uitstek. Dodge maakt deel uit van het grote Stellantis, met ook nog merken als Citroën, Peugeot en Opel. Uiteraard mag je het grote Koreaanse Samsung niet over het hoofd zien. De batterijafdeling is daar druk aan het werk om in de tweede helft van volgend jaar te starten met de massaproductie van de eigen SolidStack-accu. Vanzelfsprekend bekijkt het niet enkel toepassingen in de automobielindustrie, maar ook voor robots, wearables en de luchtvaart. De Volkswagen-groep heeft het momenteel niet gemakkelijk, maar heeft wel nog altijd een samenwerking met QuantumScape om vastestofbatterijen te ontwikkelen. Hier is de tijdlijn wat onduidelijker, zeker gezien de lagere investeringen van VW. Hier geloven ze niet in sulfides als elektrolyt, maar in keramische materialen, omwille van de stabiliteit. BMW en Ford werken dan weer samen met het Amerikaanse Solid Power, dat op zijn beurt samenwerkt met Samsung SDI. Solid Power zou dan de elektrolyt leveren, SDI de complete cel. En dan is er nog Toyota. Dat is al enorm lang bezig met solid-state en bezit tal van patenten. Toch blijft het momenteel relatief stil bij de Japanse autoconstructeur. Dat betekent echter niet dat ze daar gewoon stilzitten. De bedoeling is om nog dit decennium een voertuig op de markt te brengen met een actieradius van 1.000 kilometer. Bij de Japanse concurrent Honda hebben ze zelfs al een pilootproductielijn voor vastestofbatterijen actief. Honda werkt samen met QuantumScape om de technologie samen te verbeteren.
Wie denkt dat de komst van solid-state meteen ook het einde inluidt van lithium-ion, mag zijn woorden inslikken. Volgens veel fabrikanten zullen de verschillende technologieën nog jaren naast elkaar bestaan. Bovendien zijn de jongste generaties van accu’s serieus verbeterd. Zo heeft BYD zijn Blade Battery 2.0 met een energiedichtheid rond de 200 Wh/kg en een goede weerstand tegen de kou. Bovendien laadt hij in 9 minuten van 10 naar 97 procent, als de laadinfrastructuur het toelaat, natuurlijk. De Shenxing van CATL heeft een iets lagere energiedichtheid, maar laadt wel in 6,5 minuten van 10 tot 98 procent. Dat maakt die lange rit naar Zuid-Frankrijk toch een pak minder beangstigend. Dergelijke nieuwe types gebruiken overigens geen traditionele modules, maar plaatsen de cellen rechtstreeks in het accupakket of zelfs het chassis van de wagen. Zo verlies je minder ruimte. Dan heb je nog de performante NMC-accu’s, wat nog altijd li-ion-batterijen zijn, maar dan met een grotere verhouding nikkel. De Qilin van CATL bevat 280 Wh/kg op celniveau. Dergelijke accu’s vind je vaak als duurdere opties of in de premium modellen. Een laatste optie is semi-solid-state. Dat mag je gerust een interessante tussenstap naar volledige solid-state noemen. Om dergelijke halfvastestofbatterijen te produceren, kunnen fabrikanten hun huidige installaties relatief eenvoudig aanpassen, terwijl voor solid-state compleet nieuwe faciliteiten nodig zijn. Hier zien we een energiedichtheid van 350 Wh/kg of iets meer. Zo’n 95 procent van de cel is met vaste stoffen en dan is er nog een gelmaterie. Daardoor is ook zo’n accu veel veiliger en doorstaat hij een test waarbij de batterij volledig wordt doorprikt. MG zou nog dit jaar voertuigen met een semi-solid-state-accu in Europa uitbrengen met een beloften van 1.000 kilometer op één acculading. Zo hebben we toch iets waar we op korte termijn naar kunnen uitkijken.
Schrijf je in op onze nieuwsbrief en ontvang elke week het beste van Clickx in je mailbox.
Krijg Clickx magazine 10 keer per jaar (waarvan 2 extra dikke dubbelnummers) keurig thuisbezorgd.
