Dries van den Elzen
Dries van den Elzen Nieuws 28 mrt 2021

Elektro-ABC: het accupakket en de chemische samenstellingen

Deze week staat Autovisie in het teken van de elektrische auto. In onze EV Special, die nu in de winkels ligt, lees je onder andere een uitgebreid verhaal over elektrotechniek. Hoe zit het bijvoorbeeld met het accupakket en de verschillende chemische samenstellingen?

Er is nooit twijfel geweest over wat de meest efficiënte en doeltreffende aandrijvingsvorm voor bewegend vervoer is. De enige reden dat men begin twintigste eeuw toch voor de verbrandingsmotor heeft gekozen, is de beperkte mogelijkheid om elektriciteit op te slaan.

Er zijn een aantal technologische doorbraken nodig geweest om accutechnologie op een acceptabel niveau te brengen. De uitvinding van de lithium-ion accu staat daarbij met stip op nummer één. Niet voor niets hebben de uitvinders daarvan recent de Nobelprijs gewonnen. De werking van een lithium-ion accu verschilt in principe niets van de loodzuur startaccu in de gemiddelde auto. Alleen de chemische stoffen zijn anders. Door gebruik te maken van lithium, het lichtste metaal van allemaal, kan de energiedichtheid per kilogram behaald worden die voor toepassing in een auto noodzakelijk is.

Ontlading

Bij ontlading stromen lithium-ionen van de negatieve elektrode (anode), die veelal gemaakt is van een koolstofvorm zoals grafiet, via een lithium-elektrolyt naar de positieve elektrode (kathode). Bij het opladen volgen ze de tegenovergestelde route. Alle elektrische auto’s beschikken over een lithium-ion accu, maar daarvan bestaan verschillende typen. Het onderscheid zit ’m voornamelijk in de compositie van de kathode en de vorm van de accucellen. Ook de exacte samenstelling van het elektrolyt kan verschillen. Je kunt je inbeelden dat elke chemische en mechanische compositie weer zijn eigen set voor- en nadelen heeft op het gebied van vermogen, energiedichtheid, levensduur, veiligheid, gewicht en prijs.

Accutypen: chemische samenstelling

Er worden grofweg drie soorten chemische samenstellingen gebruikt. Al kan deze informatie op het moment van verschijnen alweer verouderd zijn. De ontwikkelingen volgen elkaar immers in razendsnel tempo op.

NMC

De meest gebruikte soort is de nikkel-mangaan-kobalt- ofwel NMC-accu. De afkorting NMC wordt doorgaans gevolgd door een drietal cijfers, die de mengverhouding van de metalen weergeeft. Een NMC 111-cel heeft bijvoorbeeld een gelijke verhouding tussen de drie componenten, een NMC 811-cel bevat 80 procent nikkel en tien procent mangaan en kobalt. NMC-accucellen zijn een goede allrounder qua energiedichtheid, levensduur, veiligheid en kosten. Het grote nadeel is dat ze altijd een deel kobalt bevatten, een duur metaal, waarvan de delving nog altijd politiek gevoelig ligt. Daarom is een duidelijke trend zichtbaar richting de ontwikkeling van ‘nikkelrijke’ (en dus kobaltarme) NMC-cellen, alsook alternatieven die helemaal geen kobalt bevatten.

LFP

De zogenaamde LFP ofwel lithium-ijzerfosfaat-accu is daarvoor mogelijk de beste keus. Behalve dat die geen kobalt en nikkel bevat en betrekkelijk weinig kost, is dit accutype zeer stabiel en daardoor veilig in het geval van een ongeluk. Een NMC-accu vat daarentegen snel vlam en is moeilijk te blussen. Tevens wekken LFP-cellen minder hitte op tijdens het laden en ontladen, waardoor een minder omvangrijk temperatuurmanagementsysteem nodig is.

Het skateboard-platform van de Porsche Taycan inclusief accupakket.

Nog een bijkomend voordeel is de lange levensverwachting. Het nadeel is een energiedichtheid die nog wat achterloopt op die van de alternatieven, waardoor je inboet aan actieradius of een grotere accu nodig hebt en daarmee het voertuiggewicht verhoogt. Dit wordt deels gecompenseerd door het lichter uitgevoerde koelingsysteem. Verder neemt het voltage nauwelijks af naarmate de cellen ontladen. Daardoor is het voor de meetapparatuur lastig om in te schatten hoeveel inhoud resteert. Ook zijn ze gevoelig voor lage temperaturen.

NCA

Tesla is de enige autofabrikant die ook gebruik maakt van NCA-, ofwel nikkel-kobalt-aluminium-cellen. Deze hebben een hoge energiedichtheid, veel vermogen en een lange levensverwachting, maar ook een nadeel: ze zijn bovengemiddeld instabiel. Tesla ondervangt dit nadeel met een celconstructie in de vorm van cilinders, die van nature sterk zijn en in een accupakket niet strak tegen elkaar aan liggen. De cellen produceren per stuk weinig vermogen, zodat er veel van nodig zijn om het gewenste voltage te bereiken. Inmiddels is de NCA-accu bij Tesla verder geëvolueerd tot NMCA. Daarbij is mangaan aan de mix is toegevoegd en het kobaltgehalte tot onder de vijf procent is gezakt. Ook de nieuwe Ultium-accu van General Motors is van dat type.

Tesla’s accupakket

Foutje gezien? Mail ons. Wij zijn je dankbaar.

Reageer op artikel:
Elektro-ABC: het accupakket en de chemische samenstellingen
Sluiten