Het Japanse TDK claimt een doorbraak te hebben bereikt met zogeheten vaste stof batterijen (solid state batteries). Deze krachtige technologie is van grote waarde voor elektrische auto’s.
Vaste stof batterijen, die de helft lichter en kleiner zijn dan de gebruikelijke accu’s voor elektrische auto’s, en bovendien ook nog eens krachtiger zijn, hebben de potentie om voor een revolutie te zorgen in de branche. Het Japanse TDK, dat onder andere batterijen voor iPhones maakt, claimt op dit vlak een doorbraak bereikt te hebben.
TDK heeft een nieuw materiaal ontwikkeld dat de energiedichtheid van een batterij kan verhogen tot 1.000 Wh per liter (dat is belangrijk voor toepassingen waarbij de fysieke ruimte beperkt is). Dat is meer dan het dubbele van de huidige accutypes. Het nieuwe materiaal zal vermoedelijk eerst worden ingezet in apparaten die werken met kleine accu’s, zoals horloges en hoofdtelefoons. Maar het grote potentieel van de vaste stof batterij is dat zij op termijn ook de stroom kan gaan leveren voor elektrische auto’s. Het is in dit kader geen toeval dat Toyota (foto) onlangs ook zei een mijlpaal te hebben gevestigd die de technologie dichterbij brengt.
De batterijen die momenteel worden gebruikt in elektrische voertuigen, doorgaans lithium-ion exemplaren, werken op basis van een vloeibaar elektrolyt. Deze 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). In vaste stof batterijen zit geen vloeibare, maar een vaste elektrolyt. Dat is een erg goede geleider voor ionen.
Vaste stof batterijen hebben daarnaast een hogere energiedichtheid. Daardoor kunnen ze meer energie leveren. Tegelijkertijd nemen ze minder ruimte in en zijn ze lichter. Dat maakt vaste stof batterijen interessant voor auto’s. De standaardaccu heeft op celniveau een vermogen van 250 Wh per kilo (dat is belangrijk voor toepassingen waarbij het wenselijk is om het gewicht binnen te perken te houden). Er zijn weliswaar al accu’s met 500 Wh, maar vaste stof batterijen kunnen voor een nóg hogere waarde zorgen.
Bovendien zijn er minder schaarse grondstoffen nodig zijn om de vaste stof batterij te produceren. Ze kunnen zelfs zonder kobalt gebouwd worden. En alsof dat allemaal nog niet genoeg is, is er ook minder kans op oververhitting. Het is bekend dat een batterij soms in brand vliegt. Dat maakt elektrische auto’s niet altijd welkom in bijvoorbeeld parkeergarages. Maar als de vloeibare elektrolyt vervangen wordt door een vast alternatief, dan is de batterij minder ontvlambaar.
De CEO van TDK, Noboru Saito, benadrukt dat zijn bedrijf zich richt op een snelle commercialisering van de technologie, maar eerst voor kleine apparaten. Toyota wil de vaste stof batterijen uiterlijk 2027 productierijp hebben voor haar elektrische auto’s. Niet alleen deze voertuig producent ziet ‘solid state batteries’ als de heilige graal van de batterijtechnologie. Dat is misschien wat overdreven, maar het is wel de volgende stap in de evolutie van batterijen.
Toch: als Toyota zulke hoge verwachtingen van vaste stof batterijen heeft, dan is dat veelzeggend. Deze autofabrikant staat er niet om bekend dat zij onrealistische prognoses doet. Dus medio 2027 kan dus zonder al te veel risico aangekruist worden in de agenda als introductiedatum voor de eerste elektrische auto met een vaste stof batterij. Toyota loopt momenteel achter op met name de Chinese en Amerikaanse (Tesla) concurrentie op het gebied van emissievrije personenwagens. Dat komt ook omdat zij met waterstof modellen op het verkeerde paard heeft gewed. Met de nieuwe batterij kan Toyota haar achterstand wegwerken.
De doorbraak van TDK en de concrete planning van Toyota betekent niet dat er geen beren meer op de weg zijn. Die bevinden zich aan de infrastructuurkant. Een korte laadtijd voor vaste stof batterijen (in dit geval 200 tot 300 kWh) is alleen realiseerbaar als daar minimaal 1,5 megawatt aan vermogen voor beschikbaar is. Dat is het stroomverbruik van ongeveer 500 huishoudens. Dat maakt het niet gemakkelijk. Onze laadpaalinfrastructuur zal eerst aangepast moeten worden. En de netwerkbeheerders hebben het al zo druk.
Daarnaast moeten wij ons realiseren dat snel laden nooit de norm zal worden. Automobilisten zullen meer en meer thuis gaan opladen. De vraag naar ’tragere’ laadpalen is zodoende groter dan die naar snelle locaties. Snelle laadstations worden alleen gebruikt voor lange afstanden. Om een vaste stof batterij thuis op te laden, ben je zelfs met een 11 kW lader 24 uur mee bezig. Maar goed, je hoeft dan maar één keer per 1.000 kilometer te doen. Toyota geeft nog geen technische details over haar doorbraak, maar zegt wel dat de batterij een rij bereik van 1.200 kilometer mogelijk maakt (en in theorie in minder dan 10 minuten kan worden opgeladen).
Vaste stof batterijen kunnen een eind maken aan de ’trend’ dat elektrische auto’s gestaag zwaarder en groter worden gemaakt. Kleine batterijen sets betekent dat ze eenvoudiger in compacte auto’s te monteren zijn. Toyota is overigens niet de enige die aan deze nieuwe technologie werkt. BMW is er ook mee bezig. Die felle onderlinge competitie zal vroeg of laat resultaten opleveren.