Solid state-batterij: de voor- en nadelen en waarom hij er nog steeds niet is

Elektrisch rijden heeft op dit moment nog een aantal grote nadelen. Zo duurt het uren voordat je een accu helemaal hebt opgeladen, zijn de accupakketten enorm zwaar en kunnen ze spontaan in de fik vliegen. Daarnaast zijn ze nog steeds vrij gelimiteerd qua energieopslag en formaat.

De solid state-batterij moet al deze problemen oplossen, en dat terwijl hij in essentie hetzelfde werkt als de lithium-ion-batterijen die we nu overal in gebruiken. Het grootste verschil is dat hij, zoals de naam al impliceert, geen vloeibare elementen meer heeft.

Doordat die vloeibare geleider uit de accu wordt gehaald, verdwijnt het enige brandbare element en is er geen sprake meer van brand- en explosiegevaar bij schade of kortsluiting.

Verder op een volle accu

Het verwijderen van het vloeibare element heeft nog meer voordelen. Zo ontstaat er meer ruimte voor de elementen die daadwerkelijk de stroom opslaan. Dat vertaalt zich in een geschatte opslagtoename van 40 procent terwijl het gewicht ook nog eens afneemt.

Om dat in perspectief te brengen: met een solid state accupakket zou een Tesla Model 3 Long Range niet de voorgeschreven 614 kilometer, maar 860 kilometer kunnen afleggen. En waarschijnlijk zou dit bereik in de praktijk nog hoger liggen, omdat het gewicht van de auto afneemt.

Die gewichtsafname komt mede doordat er bij de implementatie van een solid state-accupakket geen warmtemanagementsysteem meer geïnstalleerd hoeft te worden. Een solid state-batterij wordt namelijk lang niet zo heet als een hedendaagse lithium-ion. Ook heeft de droge accu minder last van kou waardoor hij in de wintermaanden vele malen beter presteert dan de huidige accu's.

Daarnaast gaat het laden en ontladen tot naar schatting zes keer zo snel, omdat de elektronen makkelijker kunnen bewegen. Dat vertaalt zich in een volledig opgeladen elektrische auto in een kwartier tot een half uur. Nog steeds niet zo snel als benzine tanken, maar het komt al dichterbij.

En alsof dat allemaal nog niet genoeg is, voorspellen onderzoekers dat een solid state-accu meer dan 1.000 keer opgeladen kan worden zonder dat hij veel laadcapaciteit verliest. Dat zou betekenen dat de eerder genoemde Tesla Model 3 Long Range 860.000 kilometer kan afleggen voordat een accuwissel misschien nodig is. Een flink verschil met de 160.000 kilometer die Tesla nu garandeert.

Kortom, de solid state-accu lijkt de heilige graal. Maar dat lijkt hij al meer dan twintig jaar. De ontwikkeling op het gebied van de droge accu gaat erg moeizaam, omdat het verwijderen van de vloeistof onverwachte problemen oplevert.

Drie grote problemen met solid state-batterijen

Er zijn drie grote problemen waar de ontwikkeling op blijft steken. De eerste is het uitzetten en krimpen van de accu. Dat gebeurt doordat hij opwarmt en afkoelt, en is heel normaal.

Maar omdat de elementen bij de solid state-batterij heel dicht op elkaar geplakt zitten, en de gebruikte materialen met verschillende snelheden uitzetten en krimpen, bestaat het gevaar dat er scheurtjes ontstaan. Die verminderen de werking van de batterij of kunnen voor kortsluiting zorgen.

Het tweede probleem is de vorming van zogenoemde dendrieten. Dat zijn scherpe uitsteeksels die zich vormen doordat lithium-ionen niet worden opgenomen in de anode, waardoor ze blijven plakken op het oppervlak en wortelvormige structuren vormen. Als deze dendrieten lang genoeg worden, penetreren ze de scheidende laag tussen de anode en kathode. Dat veroorzaakt kortsluiting.

De uitdaging is om een materiaal tussen de anode en kathode te vinden die elektronen doorlaat, maar dendrieten tegenhoudt. Dat blijkt lastig, al zegt fabrikant QuantumScape de oplossing te hebben in een materiaal dat ze zelf ontwikkelden. Maar ook hier zetten experts de twijfels bij, want QuantumScape laat er verder niets over los.

Als laatste is de technologie op dit moment nog verschrikkelijk duur. Dat komt voornamelijk omdat het nog niet op grote schaal wordt toegepast. Pas dan zullen de prijzen snel dalen. Toch is de verwachting dat de eerste auto's met een solid state-accupakket - als die ooit op de markt komt - een duurder model zal zijn.

Autofabrikanten investeren veel in de ontwikkeling

Voordat er enige vorm van massaproductie in zicht komt, moeten autofabrikanten ook in de technologie gaan geloven. Gelukkig doen ze dat nu al. Zo werkt Volkswagen nauw samen met QuantumScape, de marktleider als het op solid state-batterijen aankomt. Naar eigen zeggen zullen zij de eerste zijn die een auto met de droge accu's op de markt brengt – in 2024.

Maar andere autobouwers zitten niet stil. Mercedes-Benz en Stellantis (Peugeot, Citroën, Fiat, Chrysler, Opel en meer) werken samen met Factorial Energy. Dit bedrijf belooft dat hun solid state-technologie te bouwen is op bestaande productielijnen voor lithium-ion-accupakketten. Dat is om logische redenen interessant voor autobouwers die net miljoenen euro's investeerden om over te stappen op elektrische aandrijflijnen.

BMW en Ford kozen gezamenlijk weer voor een ander bedrijf, namelijk Solid Power, een startup die zich verdiept in de solid state-technologie. Zij verwachten volgend jaar het eerste testmodel op de weg te hebben.

Dan hebben we nog Toyota dat de hand schudde met Panasonic om een eigen solid state-batterij te ontwikkelen. Dat is opvallend, want Panasonic is een van de grootste leveranciers van lithium-ion-batterijen. Het bedrijf werkt bijvoorbeeld nauw samen met Tesla om al diens auto's te voorzien van accupakketten.

Tesla lijkt op dit moment de enige autobouwer die geen interesse heeft in de solid state-technologie. Het bedrijf van Elon Musk focust zich op de 4680-accu, een verbeterde versie van de huidige lithium-ion-accupakketten die het nu gebruikt. Maar ook deze nieuwe variant biedt niet dezelfde voordelen als een solid state-batterij.

Iets te positief, maar solid state heeft de toekomst

Alle partijen roepen dus dat ze snel een elektrische auto met solid state-accupakket op de markt zullen hebben. Maar gezien de stroeve ontwikkeling van de nieuwe technologie lijkt dat te positief. Tot nu toe heeft de solid state-technologie zich nog niet onomstotelijk bewezen. Ook is een dergelijke accu nog niet klaar voor massaproductie in het formaat dat nodig is in een elektrische auto.

Toch lijkt de ontwikkeling de afgelopen tijd in een stroomversnelling gekomen. Grote autofabrikanten pompen monsterbedragen in de ontwikkeling van de droge accu. Dat geeft aan dat het geloof er is dat deze technologie op relatief korte termijn de elektrische auto aanzienlijk kan verbeteren.

Maar dat geloof hadden Fisker en Dyson ook, en die zijn inmiddels gestopt met hun projecten en hebben de investeringen hierin compleet afgeschreven. (Dyson houdt zich nog wel bezig met de ontwikkeling van solid state-accu's, maar dan voor hun stofzuigers en andere huishoudelijke apparaten.)

Een auto met solid state-accutechnologie in 2024 lijkt dus ietwat optimistisch. Maar dat hij er komt, lijkt een zekerheid gezien de gigantische investeringen en grote namen die zich ermee bemoeien.

[activecampaign form=34]

Meer over elektrisch rijden? Check de volgende artikelen:

• Hoge prijs voor elektrische auto blijft struikelblok voor consument
• Nissan onthulde 4 futuristische elektrische conceptwagens, waaronder een schattige kleine pickup truck
• Ik reed in een elektrische driewieler met één zitplaats door Zuid-Californië en deze dingen vielen me het meest op
• Chinese Tesla-concurrent Xpeng onthult de voor Europa bestemde G9 SUV die binnen 5 minuten 200 kilometer oplaadt
• Waanzin op de beurs: waardering elektrische startups Rivian en Lucid extreem opgeblazen – Tesla is er niets bij