Nieuwe batterijtechnologie: dit is er nu en dit komt eraan

Een LFP-batterij is een lithium-ionbatterij (lithium-ion is een verzamelnaam) met een combinatie van lithium, ijzer en fosfaat als kathode.

• Veiliger dan NMC (tenzij er brandbeperkende maatregelen worden getroffen)
• Kan beter tegen hogere temperaturen dan NMC
• Kan beter omgaan met stroompieken dan NMC
• Degradeert minder snel dan NMC
• IJzer en fosfaat zijn beter beschikbaar en goedkoper dan sommige materialen die in NMC-batterijen gebruikt worden
• Bevatten minder toxische materialen dan NMC, waardoor ze aan het einde van hun levensduur gemakkelijker gerecycled kunnen worden

• Lagere energiedichtheid dan NMC
• Kan minder goed tegen kou: LFP laadt nabij het vriespunt niet meer op (!)

LFP is de standaardkeuze als gewicht en volume geen rol spelen. Een LFP-batterij kan minder goed tegen kou dan een NMC-batterij, dus dit is ook de beste keuze als de batterij binnen geplaatst wordt.

Ook de NMC-batterij is een lithium-ionbatterij. Hij bevat een kathode die gemaakt is van nikkel, mangaan en kobalt.

• Hogere energiedichtheid dan LFP
• Hogere vermogensdichtheid dan LFP
• Kan beter omgaan met lagere temperaturen dan LFP

• Kan sneller in brand vliegen als de fabrikant geen veiligheidsmaatregelen heeft getroffen
• Duurder dan LFP
• Degradeert sneller dan LFP

Een NMC-batterij is vanwege zijn hogere energiedichtheid vaak de beste keuze (geweest) voor mobiele toepassingen zoals o.a. een elektrische auto.

Een veelbelovende nieuwe batterijtechnologie is de sodium-ion batterij (in het Nederlands natrium-ion-batterij of na-ion-batterij genoemd). Dit type batterij is niet helemaal nieuw, maar heeft nu pas een energiedichtheid bereikt die in de buurt komt van die van LFP-batterijen. Daarmee is de natrium-ion-batterij een volwaardig alternatief voor de LFP-batterij aan het worden.

De natrium-ion-batterij (Na+) is het zwaardere broertje van de lithium-ion-batterij (Li+). Natrium staat in het periodiek systeem der elementen onder lithium. Stoffen in deze kolom (alkalimetalen) lijken chemisch gezien erg op elkaar (met uitzondering van H, waterstof). Chemisch gezien gedragen Na+ ionen zich nagenoeg hetzelfde als Li+ ionen, waardoor zij uitermate geschikt zijn als vrije lading dragers in een batterij.  Ten opzichte van lithium-ion-batterijen kunnen natrium-ion niet direct iets bijzonders, maar deze batterij-technologie heeft wel een aantal voordelen boven lithium.

• Bevat geen kritieke (en dus prijsopdrijvende) materialen zoals lithium, kobalt of nikkel en is daarmee goedkoper
• Door ontbreken van kritieke materialen minder afhankelijkheid van China in de energietransitie
• Presteert goed bij zowel hoge als lage temperaturen
• Geen risico op oververhitting

• Nog niet breed beschikbaar. De Chinese fabrikant CATL is er al wel mee bezig.

Op dit moment is de natrium-ion-batterij nog niet te koop. Zodra hij beschikbaar is en prijstechnisch kan concurreren met LFP en NMC is dit mogelijk een interessant alternatief voor een lithium-ion-batterij. Een van de belangrijkste toepassingsgebieden voor de ontwikkelde prototypes van natrium-ion batterijen zijn stationaire energieopslagsystemen, waarbij kosten en levensduur twee fundamentele parameters vertegenwoordigen en gewicht geen directe rol speelt. Hierin hebben natrium-ion batterijen het potentieel om de toekomstige markt te domineren. Natrium is natuurlijk een stuk zwaarder (atoommassa 23u versus 7u) lithium dus elektrische auto’s zijn een potentieel veel lastigere toepassing om LFP te kunnen domineren. 

Een tweede veelbelovende technologie die we willen aanhalen is de solid state-batterij. Dit is een batterij die bestaat uit een vaste elektrode en een vaste elektrolyt. Dit is revolutionair anders dan bij lithium-ion-batterijen waarbij het elektrolyt vloeibaar (gel-achtig) is.

• Bevat geen vloeibare elementen, waardoor het brand- en explosiegevaar bij schade of kortsluiting nagenoeg verdwijnt
• Kan meer energie opslaan dan de huidige lithium-ion-batterijen
• Wordt niet zo heet als een hedendaagse lithium-ion-batterij
• Heeft minder last van kou en presteert dus beter in de winter
• Laadt en ontlaadt veel sneller
• Heeft minder last van zelfontlading

Solid state-batterijen hebben een aantal belangrijke nadelen die eerst opgelost moeten worden voordat ze op de markt gebracht kunnen worden:

• Risico op kortsluiting
• De hoge prijs

Hieronder lichten we deze punten toe.

Solid state zegt het al: vaste stof. Vaste stoffen zetten uit of krimpen onder invloed (vaak met een verschillende ‘uitzettingscoëfficiënt’) van temperatuur. Als verschillende vaste stoffen op elkaar gaan ‘plakken’ en de temperatuur verandert, kunnen er scheurtjes ontstaan tussen de onderdelen. Dit omdat (bijv.) het elektrolyt sneller uitzet dan de kathode of anode, dan krijg je scheurtjes. Dit zal de werking van de batterij ernstig verminderen en kan op termijn zelfs voor kortsluiting zorgen.

Dit speelt ook bij lithium-ion-batterijen maar is bij solid state-batterijen een serieuzer probleem, omdat de elementen dichter op elkaar zijn geplakt en de materialen die gebruikt worden met verschillende snelheden (‘uitzettingscoëfficiënt’) uitzetten en krimpen.

Ook kan er uiteindelijk kortsluiting ontstaan door de vorming van dendrieten (scherpe uitsteeksels), die de laag tussen de anode en de kathode kunnen penetreren.

Tot slot zijn solid state-batterijen nog erg duur, doordat de technologie nog niet op grote schaal wordt toegepast.

Om deze redenen verwachten wij dat de natrium-ion-batterij eerder commercieel beschikbaar wordt dan de solid state-batterij. Veel van de kennis en ervaring die zijn opgedaan met lithium-ion-batterijen kunnen worden toegepast in de ontwikkeling van sodium-ion-batterijen. 

Op dit moment is de solid state-batterij nog niet te koop. Maar net als voor de natrium-ion-batterij geldt ook hier: zodra de solid state-batterij beschikbaar is en prijstechnisch kan concurreren met LFP en NMC is dit mogelijk een interessant alternatief voor een lithium-ion-batterij.

Bij Memodo zitten we boven op nieuwe ontwikkelingen. Zodra de natrium-ion- en solid state-batterij commercieel verkrijgbaar zijn, vind je dus ook in onze Memodo-shop. Nu kun je bij ons terecht voor LFP-batterijen van GoodWe, BYD en SolarEdge en NMC-batterijen van SolarEdge en LG.

Advies nodig bij de keuze van het beste batterijsysteem voor jouw project? Bel onze energie-experts op 088-7867243 of mail naar info@remove-this.memodo.nl.