Trage oplaadtijden houden potentiële EV-klanten tegen, maar de wetenschap zegt dat een snel oplaadbare batterij er snel aan zal komen.
Elektrische voertuigen winnen snel aan populariteit, maar sommige potentiële kopers blijven aarzelen. Een belangrijke reden is dat het opladen van EV’s traag verloopt. Terwijl bestuurders tegenwoordig gewend zijn om hun benzinetank in minder dan vijf minuten te vullen, duurt het bij EV’s, afhankelijk van de grootte en de specificaties van de batterij, meestal minstens 30 minuten om voor 80 procent te worden opgeladen bij de snelste laadstations die er zijn.
Over vijf tot tien jaar zal dat echter veel sneller gaan. Bedrijven ontwikkelen volop nieuwe lithium-ion batterijen en nieuwe “solid-state” batterijen, die stabieler zijn bij hogere laadsnelheden. Hierdoor kunnen laadsnelheden van 20 minuten of minder binnen bereik komen.
Ondertussen heeft een team van wetenschappers een prototype lithiumbatterij ontworpen die, onder laboratoriumomstandigheden, in slechts drie minuten meer dan 50% van zijn capaciteit kan opladen – en dat duizenden keren zonder noemenswaardige degradatie. Volgens de onderzoekers zou dit de weg kunnen effenen naar batterijen die in slechts 10 minuten volledig kunnen worden opgeladen.
Er moeten echter nog wetenschappelijke en technische uitdagingen worden overwonnen voordat ultrasnelle EV-batterijen zowel technisch haalbaar als betaalbaar zijn. En sommige deskundigen vragen zich af of EV’s die zo snel kunnen worden opgeladen echt de toekomst zijn die we willen – tenminste met het huidige elektriciteitsnet.
Een ultrasnelle laadtoekomst?
Hoewel het toevoegen van 180 km bereik in 15 minuten snel is, is het ver verwijderd van de snelheid van een benzinepomp. Wie hoopt op zo’n EV-laadervaring kan beter wachten op de volgende generatie batterijtechnologieën.
Eén manier om een lithium-ion batterij te maken die nog sneller en veilig kan opladen, is het gebruik van alternatieve anodematerialen. De in het Verenigd Koninkrijk gevestigde startup Echion Technologies heeft bijvoorbeeld een niobiumanode ontwikkeld die lithiumplating of dendrietvorming vermijd. Met dit materiaal kunnen batterijen “zo snel als je wilt” worden opgeladen, zegt CEO Jean De La Verpilliere. Zijn prototype EV-batterijcellen kunnen in zes minuten worden opgeladen “zonder de veiligheid of levensduur van de batterij te beïnvloeden”, zegt hij.
Dat snelle opladen heeft echter een prijs: Niobium anodes slaan minder energie per eenheid massa op dan conventionele grafiet anodes. Omdat EV-fabrikanten de voorkeur geven aan energie-intensieve batterijen (waarmee langer kan worden gereden op één lading) boven ultrasnelle batterijen, richt Echion zich momenteel op andere markten voor zijn batterijen, zoals netopslag en elektrisch gereedschap. Uiteindelijk voorziet De La Verpilliere dat een versie van deze batterijen kan worden gebruikt in wagenparken waar elke minuut stilstand om op te laden het bedrijf geld kost.
Solid State batterijen
Voor individuele bestuurders die op zoek zijn naar een grotere schok van kilowatts, zijn de opkomende solid-state batterij-ontwerpen veelbelovend. In dergelijke batterijen stromen de lithium-ionen door een vaste elektrolyt, vaak een keramische, in plaats van een vloeibare. Omdat vloeibare elektrolyten brandbaar zijn, maakt dit de batterij veiliger. Het opent ook de mogelijkheid om andere anodematerialen te gebruiken die beter bestand zijn tegen lithiumplating en daardoor sneller kunnen worden opgeladen.
Solid Power, een bedrijf dat met steun van BMW en Ford solid-state batterijen ontwikkelt, werkt aan een batterijcel met siliciumanode die volgens Joshua Buettner-Garrett, hoofd technologie, in 15 minuten voor de helft kan worden opgeladen, en mikt voor een commerciële versie met een oplaadtijd van 20 minuten. Het bedrijf ontwikkelt ook batterijen met lithiummetaalanoden, die per massa-eenheid tien keer meer energie kunnen opslaan dan grafiet.
In een vast ontwerp zouden lithiummetaalbatterijen in theorie zeer snel moeten kunnen worden opgeladen. In de praktijk zijn ze echter ook gevoelig voor de vorming van dendrieten, waardoor ze snel defect raken, vooral bij hoge oplaadsnelheden. Snellaadbare lithiummetaalbatterijen zouden de heilige graal van krachtige EV-batterijen zijn, maar ze zijn “nog in ontwikkeling”, aldus Buettner-Garrett.