LFP, NCM, natrium of solid state: welk batterijtype wint de race?

Elektrische voertuigen maken vandaag uitsluitend gebruik van lithium-ionbatterijen. Sinds de introductie van de eerste productieauto met lithiumcellen in 2008 is de technologie sterk geëvolueerd. Waar aanvankelijk lithium-kobaltoxide werd toegepast, wordt tegenwoordig voornamelijk gebruikgemaakt van NCM-cellen, waarbij de kathode bestaat uit nikkel, kobalt en mangaan.

Het belangrijkste voordeel van NCM-batterijen is hun hoge energiedichtheid. Dit maakt het mogelijk om meer energie per volume-eenheid op te slaan, wat resulteert in lichtere batterijen en een groter rijbereik. Daartegenover staan hogere kosten en een grotere ecologische impact, met name door de ontginning van nikkel en kobalt. Daarnaast kan tijdens het laden warmteontwikkeling optreden, al blijft het risico op brand volgens diverse studies zeer beperkt.

LFP-batterijen winnen de laatste jaren aan populariteit, vooral in compacte en instapmodellen. Hoewel de energiedichtheid lager ligt dan bij NCM, bieden deze batterijen voordelen op het vlak van kostprijs, veiligheid en milieu-impact. Ze bevatten geen nikkel of mangaan en vertonen minder degradatie, wat resulteert in een langere levensduur. Een nadeel is het doorgaans lagere snellaadvermogen. Daar staat tegenover dat LFP-batterijen probleemloos tot 100% kunnen worden opgeladen, in tegenstelling tot NCM-batterijen waarbij dit omwille van slijtage wordt afgeraden.

Het aantal autofabrikanten dat LFP-batterijen toepast, neemt gestaag toe. Vooral Chinese merken lopen hierin voorop en zetten deze technologie breed in. Ook Europese en Amerikaanse constructeurs integreren LFP-batterijen in hun instapmodellen. Door technologische ontwikkelingen, zoals 800 volt-architecturen, wordt het nadeel van lagere laadsnelheden deels gecompenseerd, waardoor hogere laadvermogens mogelijk worden.

Kijk maar naar XPENG: de G6 Long Range kan piekvermogens aan van 525 kW. Al zal je in België vergeefs zoeken naar een laadpaal die zoveel power afgeeft. Tussen 10 en 80% State of Charge haalt deze SUV een gemiddeld vermogen van 290 kW, zodat je koffie nog gloeiend heet is wanneer de auto klaar is voor zijn volgende rit.

En wat te denken van BYD’s nieuwe vlaggenschip, de Denza 9 GT… Dankzij Flash Charging kan de tweede generatie Blade Battery opgeladen worden met liefst 1.500 kW. Van 10 naar 97% laden lukt in amper 9 minuten. Deze laadtijd neemt toe met amper enkele minuten als het kwik 30 graden onder nul zakt. De Blade Battery 2.0 is voorzien van een innovatieve Solid Electrolyte Interphase (SEI)-laag.

Blijft natuurlijk dat je daarvoor speciale laadstations nodig hebt. In China zouden er tegen het jaareinde al 20.000 Flash Chargers operationeel moeten zijn. In Europa al het allemaal zo’n vaart niet lopen, zeker gezien de beperkingen van het stroomnet. Wel heeft BYD een interessante oplossing bedacht. Het station is immers gekoppeld aan een ultrasnel ontladend energieopslagsysteem. Dat omvat een grote batterij die met lagere snelheden wordt opgeladen en die enerzijds fungeert als energiereservoir om overbelasting van het elektriciteitsnet te voorkomen en anderzijds als vermogensbooster.

LFP is qua duurzaamheid een grote stap in de goede richting, toch brengt de ontginning van lithium nog steeds aanzienlijke milieu- en kostenvraagstukken met zich mee. Daarom wordt natrium onderzocht als alternatief. Dit element is wereldwijd ruim beschikbaar en goedkoper te winnen. Natrium-ionbatterijen bieden bovendien voordelen op het vlak van veiligheid en prestaties bij lage temperaturen.

De technologie kent echter ook beperkingen. Zo ligt de energiedichtheid tot 30% lager, wat resulteert in een beperkter rijbereik. Hierdoor lijken natrium-ionbatterijen voorlopig vooral geschikt voor kleinere voertuigen. De eerste toepassingen zijn reeds zichtbaar in de Chinese markt (JAC heeft al een model met natriumbatterijen op de markt), terwijl verdere industrialisatie wordt voorbereid, met name door CATL en BYD.

Solid-state batterijen worden beschouwd als een veelbelovende volgende stap in batterijtechnologie. Deze batterijen maken gebruik van een vaste elektrolyt in plaats van een vloeibare, wat diverse voordelen biedt. Ze zijn niet alleen veel lichter en compacter, ze kunnen ook een aanzienlijk hogere energiedichtheid bereiken, sneller laden en hogere vermogens afgeven. Bovendien zijn ze veiliger en minder gevoelig voor slijtage.

Desondanks bevindt deze technologie zich nog in de ontwikkelingsfase. De productie is complex en vereist uiterst dunne en gevoelige materialen, wat schaalvergroting bemoeilijkt. Struikelblokken vandaag zijn verder de vorming van dendrieten in de elektrolyt, die kortsluiting veroorzaken, een trage ionengeleiding en een grote interne weerstand. Verschillende fabrikanten mikken op commercialisatie tegen het einde van dit decennium. In de beginfase zullen solid-state batterijen naar verwachting vooral in hogere segmenten worden toegepast vanwege de hogere kosten.

De vraag rijst zelfs of solid-state over enkele jaren niet voorbijgestreefd zal zijn als technologie nu LFP met zulke rasse schreven vooruitgang boekt en vele malen goedkoper is.