Zoals de Hyundai Kona Electric onlangs heeft laten zien, kom je met een li-ionaccu een heel eind, mits je heel voorzichtig met de energie omgaat. In Japan werkt een onderzoeksteam aan een nieuwe fluoride-ionen accu (FIB). Daarmee zou die 1000 kilometer met een normale rijstijl mogelijk zijn.
Huidige accutechnologie is beperkt
Dankzij de voortdurende verbetering van de lithium-ion accu’s, is de actieradius van elektrische auto’s de afgelopen jaren aanzienlijk toegenomen. Afstanden van ruim 500 kilometer zijn voor sommige elektrische automodellen geen probleem meer. Maar volgens veel onderzoekers en deskundigen is de energiedichtheid van lithium-ion accu’s theoretisch beperkt is. Dat betekent dat hun bereik ook niet significant kan worden vergroot. Daarom zijn onderzoekers op zoek naar andere materialen en technologieën om hoogwaardige accu’s voor elektrische auto’s te ontwikkelen.
Volgende generatie accutechnologie
Volgens een nieuwsbericht boekt een team van de Universiteit van Kyoto en Toyota Motor, goede vooruitgang in de ontwikkeling van de volgende generatie accutechnologie. De onderzoekers hebben ervoor gekozen om een fluoride-ionen accu te ontwikkelen vanwege de theoretisch veel hogere energiedichtheid.
Fluoride-ionen accu heeft hogere energiedichtheid
Die hogere energiedichtheid betekent dat men veel meer energie kan verpakken in een kleiner en lichter pakket dan de huidige lithium-ion accu’s. Dit kan leiden tot twee ontwikkelingen: Naar kleinere en lichtere accu’s met hetzelfde bereik als de huidige lithium-ioncellen, of met accu’s van hetzelfde formaat met een aanzienlijk groter bereik. Een fluoride-ionen accu zou bij een gelijk gewicht ongeveer zeven keer meer energie kunnen opslaan.
Bovendien gaat de nieuwe technologie naar verwachting ongeveer acht keer langer meegaan dan de huidige accu’s. De onderzoekers vertellen hierbij helaas niet of ze hiermee gewoon de tijd, of het aantal laadcycli bedoelen.
Solid state accu
Het team, onder leiding van professor Yoshiharu Uchimoto, heeft ook al een prototype van een de nieuwe accu. Hierbij maakt men gebruik van een anode van fluor, koper en kobalt. De kathode bestaat voornamelijk uit lanthanium. In hun ontwikkeling hebben de onderzoekers gekozen voor een vaste elektrolyt in plaats van de vloeibare elektrolyten die normaal gesproken in lithium-ion accu’s worden gebruikt. Deze technologie wordt ook wel ‘solid state’ genoemd. Solid-state accu’s hebben een groot voordeel: ze kunnen niet in brand vliegen en zijn dus veel veiliger zijn dan de huidige accutechnologieën.
Temperatuur is uitdaging
De grootste uitdaging van fluoride-ionen accu’s is dat deze tot nu toe alleen bij hoge temperaturen hebben gewerkt. Fluoride-ionen zijn alleen efficiënt geleidend als het elektrolyt in vaste toestand voldoende wordt verhit. Dit maakt fluoride-ionenbatterijen onpraktisch voor veel consumententoepassingen. Ook kunnen de hoge temperaturen leiden tot het ongewenste uitzetten van de elektroden. Het team van Kyoto University-Toyota heeft echter ontdekt dat de elektroden niet zwellen als er een legering van kobalt, nikkel en koper wordt gebruikt. Het team is van plan om de materialen die in de anode worden gebruikt te optimaliseren. Daardoor kan de accu worden opgeladen en ontladen zonder capaciteit te verliezen.
Meer onderzoeken
De Japanners zijn niet de enigen die werken aan de nieuwe fluoride-ionen accu’s. Ook onderzoekers van het Karlsruher Institut für Technologie en het Helmholtz Institut in Ulm ontwikkelen en testen dergelijke cellen. In de VS wordt het onderzoek naar fluorideaccu’s onder andere uitgevoerd in het California Institute of Technology en het NASA Jet Propulsion Laboratory.
Nog even geduld
Ondanks de groeiende hoop op fluoride-ionen accu’s zal het nog geruime tijd duren voordat ze op de massamarkt terechtkomen. Deskundigen gaan ervan uit dat commerciële fluoride-ionen accu’s pas ergens in de jaren 2030 beschikbaar zullen zijn.
Foto: © Kyoto University
