China heeft een nieuwe lithium-ion-accu ontwikkeld met een energiedichtheid van 700 Wh/kg. Dat is hoger dan de gemiddelde energiedichtheid van solid-state accu’s van BYD en van Gotion Hi-tech, die niet verder komen dan 400 Wh/kg en 525 Wh/kg respectievelijk.
Nog geen autofabrikanten
De nieuwe lithium-ion-accu werd ontwikkeld door wetenschappers van de Nankai University en het Shanghai Space Power Research Institute. Deze instanties zijn allebei nauw verbonden met de Chinese overheid die het project ook ondersteunt. Op dit moment zijn er nog geen autofabrikanten direct betrokken bij de ontwikkeling van de technologie, maar dat kan snel veranderen.
De Chinese overheid neemt wel vaker het voortouw bij onderzoek naar nieuwe technologieën, die het vervolgens doorgeeft aan fabrikanten. Een van de onderzoekers zei tegen ChinaDaily: “Het omzetten van wetenschappelijke doorbraken naar praktische technologieën is nauwe samenwerking vereist tussen onderzoekers en industrie. We kunnen niet altijd in de ivoren toren blijven. Ons doel is om echte industriële uitdagingen aan te pakken.”
De technologie van de nieuwe lithium-ion-accu
China noemt de nieuwe accu een “ultra-high specific energy lithium battery” (高比能锂电池). De resultaten van het onderzoek zijn op 25 februari officieel gepubliceerd in het beroemde wetenschappelijke tijdschrift Nature.
De doorbraak zit in het elektrolytsysteem, waarmee het volledige ontwerp en de chemische samenstelling van de elektrolyt wordt bedoeld. Kort samengevat heeft het onderzoeksteam de traditionele lithium–zuurstof-coördinatie vervangen door lithium–fluor-coördinatie.
In conventionele lithium-ion-accu’s binden lithium-ionen zich aan zuurstofatomen in het oplosmiddel (Li⁺–O). Die binding beperkt de bewegingsvrijheid van de ionen, wat verdere verhoging van de energiedichtheid bemoeilijkt en de prestaties bij lage temperaturen beperkt. De Chinese onderzoekers doorbraken dit door nieuwe fluorhoudende oplosmiddelen te ontwikkelen, waardoor een elektrolytsysteem ontstaat op basis van lithium–fluor-coördinatie (F–Li⁺).
Daardoor kunnen lithium-ionen zich vrijer en sneller door de elektrolyt verplaatsen. Het resultaat is een hogere effectieve energiedichtheid en daarmee lichtere accu’s en dus een hoger bereik. Een belangrijk voordeel zit in de prestaties bij extreem lage temperaturen: bij –50 graden Celsius blijft de energiedichtheid nog steeds rond de 400 Wh/kg, met aanzienlijk minder capaciteitsverlies dan bij huidige lithium-ion-accu’s.
Toepassingen
Volgens het onderzoeksteam is de nieuwe lithium-ion-accutechnologie geschikt voor toepassingen in elektrische auto’s, robots, eVTOL’s en de lucht- en ruimtevaart. Concrete uitspraken over bereik en laadtijden zijn er voorlopig nog niet. De accu bestaat op dit moment uitsluitend in het laboratorium; de komende periode zal het team de technologie verder testen en doorontwikkelen.
Als de technologie inderdaad aan de verwachtingen voldoet, kan dit uitgroeien tot een belangrijke doorbraak voor de Chinese auto-industrie. Met deze ultra-high specific energy lithium battery beschikt China dan over een serieus alternatief voor de nog altijd onzekere solid-state technologie.
Nankai University
Nankai University is een wetenschappelijke universiteit met ongeveer 30.000 studenten, opgericht in 1919 en gevestigd in Tianjin. De universiteit is een belangrijke speler op het gebied van accutechnologie en heeft eerder samengewerkt met verschillende accufabrikanten. Het ontwikkelde bijvoorbeeld samen met FAW een lithium-mangaan accupakket met een energiedichtheid van 500 Wh/kg.
Shanghai Space Power Research Institute
Dit is een onderzoeksinstituut onder de China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC). Het instituut onderzoekt en produceert ruimtevaartenergiesystemen. CASC is de hoofduitvoerder van het Chinese ruimtevaartprogramma en een belangrijke wapenfabrikant, zo produceert het onder meer China’s kernraketten.
De betrokkenheid van het Shanghai Space Power Research Institute, dat sancties aan zijn broek heeft van de VS en Japan, is een indicatie dat de nieuwe accu ook bedoeld is voor toepassingen in de ruimtevaart.
Brede ontwikkeling
China zet breed in op de ontwikkeling van nieuwe accutechnologieën. Naast de genoemde nieuwe lithium-ion-accu en solid-state-accu’s werkt het land ook aan de verdere optimalisatie van bestaande NMC-accu’s, aan LFP-accu’s met een bereik van meer dan 1.000 kilometer en aan natrium-ion-accu’s. Deze laatste worden nu al toegepast in elektrische scooters, maar komen binnenkort ook in auto’s en bedrijfsvoertuigen te liggen.
Met deze brede aanpak wil China zijn technologische voorsprong op EV-gebied verder uitbouwen en voorkomen dat het onverwacht wordt ingehaald door een nieuwe technologie die elders is ontwikkeld.
