Dikkere elektroden als sleutel tot meer bereik

Het Fraunhofer-instituut voor Zonne-energiesystemen (ISE) heeft een vernieuwende aanpak voor lithium-ionaccu's ontwikkeld die de energiedichtheid met 10 tot 15 procent verhoogt zonder extra gewicht. Het kernidee is opmerkelijk eenvoudig: de elektroden worden aanzienlijk dikker gemaakt, waardoor er minder stroomafnemers nodig zijn. Deze stroomafnemers van koper en aluminium nemen nu een substantieel deel van het celgewicht en het volume in zonder actief bij te dragen aan de energieopslag.

In een conventionele accucel bestaan de elektroden uit dunne lagen actief materiaal die aan weerszijden van een folie zijn aangebracht. Door die lagen dikker op te bouwen vermindert het aantal benodigde folies drastisch. Fraunhofer ISE spreekt over een halfautomatische productielijn waarmee deze cellen al worden gefabriceerd in een droge ruimte.

Wat betekent dit voor elektrische auto's?

Voor de EV-markt is dit type innovatie van groot belang omdat het een pad biedt dat losstaat van de zoektocht naar nieuwe chemische samenstellingen. De meeste fabrikanten investeren miljarden in solid-state batterijen of silicium-geanodeerde cellen om de energiedichtheid te verhogen. Fraunhofer ISE toont aan dat ook architectonische veranderingen binnen bestaande lithium-ionchemie aanzienlijke winst kunnen boeken.

Een toename van 10 tot 15 procent energiedichtheid vertaalt zich direct naar meer WLTP-bereik of een lichter accupakket. Een middenklasse-EV met een 77 kWh accu en 550 km WLTP-bereik zou theoretisch 605 tot 630 km kunnen halen met deze technologie. Alternatief zou het accupakket 10 tot 15 procent lichter kunnen worden, wat het rijgedrag en de efficiëntie ten goede komt.

De kostenstructuur wijzigt eveneens gunstig. Koper en aluminium behoren tot de duurdere componenten in een accucel. Minder materiaalgebruik betekent lagere grondstofkosten en minder afhankelijkheid van de volatiele metaalmarkten. Dit is relevant omdat accuprijzen de afgelopen twee jaar juist zijn gestegen na een periode van scherpe daling.

Productierijpheid en uitdagingen

De halfautomatische productielijn bij Fraunhofer ISE wijst erop dat de technologie verder is dan puur laboratoriumwerk. Toch blijft de stap naar massaproductie voor de automobielindustrie een uitdaging. Dikkere elektroden kunnen de ionentransportwegen verlengen, wat bij hoge laad- en ontlaadsnelheden tot capaciteitsverlies leidt. Of de cellen van Fraunhofer ISE dit probleem hebben opgelost en hoe dit de laadsnelheid beïnvloedt bij snelladen langs de snelweg maakt het bericht niet expliciet.

De huidige generatie 800V-platforms van Hyundai, Kia en Porsche laadt met 200 tot 350 kW. Voor toepassing in dergelijke voertuigen moet een nieuwe elektrode-architectuur vergelijkbare of betere laadprestaties leveren als de dunne-laag-ontwerpen die nu dominant zijn. Fraunhofer ISE benadrukt wel dat de aanpak ook voor elektrische voertuigen interessant kan zijn, wat suggereert dat de prestatie-eisen voor automobiele toepassingen in het vizier liggen.

Concurrentie met andere batterijinnovaties

De timing van deze ontwikkeling valt samen met diverse andere accuverbeteringen die de markt naderen. CATL's sodium-ion technologie belooft lagere kosten bij iets minder energiedichtheid. BYD's Blade Battery en de structuurcellen van Tesla richten zich op betere veiligheid en productie-efficiëntie. De aanpak van Fraunhofer ISE onderscheidt zich door de focus op materiaalreductie binnen bestaande supply chains.

Voor Europese accufabrikanten als Northvolt en Morrow Batteries kan deze Duitse innovatie een interessante technologie zijn om te licenseren of verder te ontwikkelen. De Europese Unie streeft naar strategische autonomie in batterijproductie. Technologieën die minder afhankelijk zijn van geïmporteerde grondstoffen passen in die agenda.