- Hij leek vergeten, maar is nu in opkomst en wordt mogelijk de vervanger van de lithium-ion accu: de natriumaccu.
- Natrium lijkt in chemisch opzicht veel op lithium, maar heeft enkele voordelen waaronder betere verkrijgbaarheid en vooral een lagere prijs.
- Toch is er een nadeel dat ervoor zorgt dat de natriumaccu nog niet perfect geschikt is voor gebruik in elektrische auto’s.
- Lees ook: Is het verstandig om in 2024 een tweedehands elektrische auto te kopen?
ANALYSE – De natrium-ion batterij lijkt klaar te zijn voor een opmars binnen de wereld van elektrische auto’s. En dat terwijl dit type accu daar op papier helemaal niet geschikt voor lijkt te zijn. Waar komt die plotselinge omwenteling vandaan?
De natrium-ion batterij werd tientallen jaren geleden ongeveer tegelijk met de huidige standaard, de lithium-ion batterij, gezien als een kansrijke batterijtechnologie. Niet gek, want beide technologieën lijken ook vrij veel op elkaar. Maar twee soortgelijke batterijen doorontwikkelen is duur en onnodig, waardoor de industrie er al snel voor koos om zich volledig te storten op lithium. In de decennia na die keuze, werd lithium-ion veruit de beste batterijtechnologie die op grote schaal te produceren is.
Maar de natrium-ion batterij blijkt allesbehalve vergeten. De zoutbatterij en is al een tijd bezig aan een opmars, die nu in een stroomversnelling lijkt te komen. De allereerste elektrische auto’s met natriumbatterijen zijn namelijk sinds kort te koop in China. Een doorbraak sinds ’s werelds grootste accuproducent CATL in 2021 aangaf een eerste natrium-ion accu te kunnen leveren.
Dat we nu op het punt zijn aangekomen dat de natriumbatterij daadwerkelijk in een elektrische vierwieler wordt gemonteerd, was te verwachten. De natrium-ion accu is op veel punten beter dan de lithium-ion accu. Slechts op één onderdeel moet natrium het daadwerkelijk afleggen tegen lithium: energiedichtheid.
Een zoutbatterij heeft ruwweg de helft van de opslagcapaciteit per kilogram. Hij komt niet verder dan gemiddeld zo’n 160 Wh/kg, waar de lithium-ion gemiddeld op 275 Wh/kg zit.
In de praktijk zorgt dit ervoor dat een elektrische auto met een natriumbatterij van 500 kilo ongeveer de helft aan actieradius zal hebben vergeleken met een elektrische auto met een lithium-ion batterij van hetzelfde gewicht. En dat is lastig te verkopen in een tijd waar juist veel aandacht gaat naar het totale gewicht van een elektrische auto. Een lager gewicht is immers een belangrijk onderdeel om een grotere actieradius te bereiken.
De voordelen van de natriumbatterij
Maar tegenover dat zwaarwegende nadeel staan legio voordelen, waarvan de belangrijkste lijkt te zijn dat de natriumbatterij goedkoper is. Er wordt geschat dat een zoutbatterij ongeveer 30 procent goedkoper is wat betreft de kosten van de ruwe materialen. Als je dat doorrekent op een elektrische auto, waarbij het accupakket nog steeds het duurste onderdeel is, kan dat een aanzienlijke verlaging van aanschafprijs betekenen.
Dat prijsverschil komt grotendeels doordat de natrium-ion batterij geen gebruik maakt van zeldzame of dure grondstoffen zoals kobalt, koper, lithium en grafiet. Daar komt nog eens bij dat natrium vrijwel overal ter wereld makkelijk en goedkoop verkrijgbaar is (het kan uit zout gewonnen worden). Een extra voordeel is dan ook dat er geen afhankelijkheid is van het beperkte aantal landen waar zeldzame grondstoffen gewonnen worden.
De productiekosten van natriumbatterijen liggen in de buurt van de huidige lithium-ion batterijen. Dit komt omdat beide technologieën heel erg vergelijkbaar zijn, wat maakt dat ze op dezelfde manier en op gelijkwaardige productielijnen gefabriceerd kunnen worden. Hierdoor kunnen natriumbatterijen bijvoorbeeld gemaakt worden in fabrieken waar voorheen lithium-ion batterijen geproduceerd werden. Ook het schakelen tussen de productie van de twee accusoorten zou vrij simpel zijn.
Natrium-ion heeft ook betere papieren op het gebied van veiligheid. Zoals je wellicht weet is een beschadiging aan een lithium-ion accupakket in veel gevallen een gevaarlijk, omdat er dan brandgevaar ontstaat. De thermische reactie die bij een beschadiging kan ontstaan, kan leiden tot een brand die vrijwel onblusbaar is.
Het is niet voor niets dat elektrische voertuigen met beschadigde lithium-accucellen op speciale manieren opgeborgen moeten worden (met een flinke afstand tot andere materialen), of soms zelfs preventief in dagenlang een bak met water ondergedompeld worden.
Natrium heeft dat probleem niet. Het heeft nog wel brandgevaar bij beschadiging, maar is in veel opzichten veel stabieler. Er zijn voorbeelden te vinden van mensen die een natriumbatterij doorboren waarbij er niets gebeurt. Iets wat vergelijkbaar is met de eigenschappen van een LFP-accu (Lithium Ijzer Fosfaat), een andere technologie die we ook meer en meer in elektrische auto's zien verschijnen, maar die meer nadelen heeft dan de natriumbatterij, waaronder trager op- en ontladen.
Water lijkt een groot gevaar voor de natriumbatterij
Toch lijkt het onderdompelen in water van een auto met een natriumaccu niet bepaald een goed idee. Natrium reageert nogal, laten we zeggen, explosief op contact met water. Lithium reageert ook met water, maar veel minder heftig. Het zou dus betekenen dat de Na-ion batterij nog verder uit de buurt gehouden moet worden van water, dan met Li-ion nu al het geval is.
Nog een vergelijking met de LFP-accu is dat de natrium-ion batterij op lagere en hogere temperaturen goed blijft werken. Hij zou tussen de - 20 graden en plus 60 graden Celsius zonder noemenswaardige capaciteitsveranderingen gebruikt kunnen worden. Iets wat ondenkbaar is met een lithium-ion batterij die bij koudere omstandigheden tientallen procenten aan actieradius moet inleveren omdat hij dan niet optimaal kan presteren.
Daarnaast kan een natriumbatterij op papier vaker volledig op- en ontladen worden voordat hij begint te degraderen dan een lithium-ion batterij. Maar dit potentiële voordeel moet zich vooral in de praktijk bewijzen.
Hoewel we de limieten van lithium-ion batterijen goed kennen, gaan ze veel langer mee in elektrische auto's dan aanvankelijk gedacht werd. Hoeveel beter een zoutbatterij dan op lange termijn bij gebruik in een elektrische auto presteert, is dan ook lastig te voorspellen.
Maar ondanks al die pluspunten lijkt de natriumbatterij nog niet helemaal klaar voor zijn echte doorbraak in de EV-wereld. De energiedichtheid blijft daarvoor een te groot probleem. Actieradius is een van de belangrijkste aandachtspunten van iemand die een stekkerauto wil kopen.
De achterstand in ontwikkeling natriumaccu kan snel ingelopen worden
Gelukkig zeggen onderzoekers dat de natriumbatterij op relatief korte termijn flink aan energiedichtheid kan winnen. Het idee hierbij is dat deze technologie de afgelopen decennia verwaarloosd is en dat er daarom nog een enorme inhaalslag te maken valt.
Gecombineerd met de huidige kennis van (lithium-ion) batterijtechnologie, moeten er grote stappen gemaakt kunnen worden. Het zou ertoe moeten leiden dat natrium-ion een vergelijkbare of zelfs betere opslagcapaciteit per kilogram moeten krijgen als lithium-ion nu heeft.
In eerste instantie zien makers van de zoutbatterijen mogelijkheden voor bijvoorbeeld bussen en vrachtwagens. Die hebben doorgaans meer ruimte om accu’s kwijt te kunnen en hebben minder problemen met een hoger gewicht. Ook zijn er oplossingen te bedenken in de vorm van accupakketten die uit verschillende samenstellingen bestaan om tot een goede mix van prestaties, gewicht en kosten te komen.
Op papier lijkt de natriumbatterij dan ook zeker de potentie te hebben om een duurzame vervanger van de lithiumbatterij te worden. De technologie maakt het bijvoorbeeld goed mogelijk om eindelijk afstand te nemen van kobalt en andere zeldzame grondstoffen. Maar het belangrijkste is dat het de broodnodige prijsverlaging van elektrische auto’s een duwtje in de rug kan geven.
