De belofte van een batterij die in zes minuten oplaadt is niet nieuw. Ze verschijnen in laboratoria, worden aangekondigd in persberichten en verdwijnen vervolgens naar de achtergrond. Waarom? Omdat de chemische industrialisatie een nachtmerrie is. Te complex of duur om te concurreren met bestaande productielijnen. Een startup genaamd Echion Technologies beweert de code te hebben gekraakt.
Jean De La Verpillière richtte Echion op terwijl hij studeerde voor een doctoraat in nanowetenschappen aan de Universiteit van Cambridge. Het verkooppraatje van het bedrijf is agressief. Het bedrijf beweert dat zijn nieuwe lithium-ion-chemie de oplaadtijd voor smartphones en elektrische auto’s kan terugbrengen tot slechts zes minuten. In tegenstelling tot veel andere ‘baanbrekende’ producten die zich in onderzoek en ontwikkeling bevinden, zegt Echion dat het volgend jaar klaar is voor een commerciële lancering.
Gebruik geheim poeder in plaats van grafiet
De kern van de Echion-technologie is een eenvoudige schakelaar. Het vervangt de standaard negatieve grafietelektrode van lithium-ionbatterijen door een speciaal poeder. De exacte chemische samenstelling is een bedrijfsgeheim. De uitvinders beweren dat het materiaal snel opladen kan ondersteunen zonder algemene veiligheidsrisico’s zoals thermische overstroming of dendrietvorming.
Als dat zo is, kan een batterij die dit onderdeel gebruikt, in 6 minuten volledig worden opgeladen. Werkt op elke schaal.
Echion produceert momenteel een kilo poeder per dag. Dit is voldoende voor een accu van een elektrische auto. Het bedrijf breidt momenteel zijn schaal uit met als doel 1.000 ton per jaar. Ze beweren dat hiervoor geen nieuwe fabrieken nodig zijn. In plaats daarvan kan het materiaal met minimale kapitaalinvesteringen in de bestaande infrastructuur voor de productie van batterijen worden geïnjecteerd.
Het persbericht vermeldt echter geen harde informatie. Het is onmogelijk te zeggen hoeveel laadcycli een batterij meegaat voordat deze achteruitgaat. Heeft deze dezelfde levensduur als een standaard lithium-ionbatterij? We zullen tot volgend jaar moeten wachten om te zien of de gok van Echion vruchten afwerpt.
Toshiba SCiB: 6 minuten 320 km
Toshiba speelt al heel lang in deze poule. In oktober 2017 kondigde de Japanse gigant een nieuwe generatie SCiB-technologie (Super Charge ion Battery ) aan. De specificaties zijn indrukwekkend. De actieradius bedraagt naar verluidt 320 km na 6 minuten opladen. De commercialisering is gepland voor 2019.
Dit is niet de eerste snellaaddemonstratie van Toshiba. SCiB werd gelanceerd in 2008. De originele versie kan in 5 minuten 90% opladen en heeft een levensduur van 10 jaar. Deze batterijen zijn te vinden in elektrische auto’s op de massamarkt, zoals Mitsubishi i MiEV (Peugeot iOn in Frankrijk) en Honda Fit EV. Deze vroege modellen gebruikten lithiumtitanaatoxideanodes.
In de nieuwe versie is de opslagcapaciteit verdubbeld door het materiaal te veranderen. Momenteel wordt in de anode een mengsel van niobium-titaanoxide (NbTi) gebruikt. Deze legering heeft supergeleidende eigenschappen bij lage temperaturen. Toshiba heeft aangekondigd dat het een methode voor het synthetiseren en rangschikken van NbTi-kristallen onder de knie heeft die de energiedichtheid effectief verdubbelt in vergelijking met conventionele lithiumtitanaatontwerpen.
Prototypetests van de 50 Ah SCiB hebben aangetoond dat deze 5000 laadcycli kan doorstaan terwijl hij 90% van zijn oorspronkelijke capaciteit behoudt. De batterij is ook bestand tegen koud weer. Opladen is efficiënt bij temperaturen tot -10°C en het duurt ongeveer 10 minuten voordat de batterij volledig is opgeladen. Dit uithoudingsvermogen ondersteunt de bewering dat hij na een snelle stop van 6 minuten 320 kilometer kan afleggen.
De belofte van de eerste 5 minuten
De druk van ultrasnel opladen is niets nieuws. In november 2009 kondigde Toshiba plannen aan voor de massaproductie van SCiB-batterijen voor de auto-industrie. Het doel was gewaagd: een elektrische auto opladen in vijf minuten.
Zij bepalen de manier waarop SCiB zijn concurrentievermogen op het gebied van opladen en tanken wil vergroten. Gemeten bij 90% opladen in 5 minuten. Duurzaamheid is ook een verkoopargument. Volgens Toshiba kan de batterij meer dan 6.000 laad-/ontlaadcycli in 10 jaar dagelijks gebruik doorstaan zonder noemenswaardige prestatievermindering.
De kloof tussen prototype en product is een groot obstakel. Echion gokt erop dat zijn op poeder gebaseerde aanpak de kostenbarrière kan omzeilen. Toshiba verbetert al meer dan tien jaar de anodes van oxidelegeringen. Beiden streven naar dezelfde heilige graal. De tijd dringt, en de tijd dringt om te testen of beide partijen hun belofte van zes minuten op grote schaal kunnen waarmaken.
Verschil in oplaadtijd: van 30 minuten tot enkele uren
Toshiba breidt uit. Het bedrijf beschikt al over een eigen productiefaciliteit voor SCiB-batterijen en is van plan in het voorjaar van 2011 een tweede fabriek te openen. Het doel is zeer ambitieus: in het eerste jaar 500.000 batterijen per maand produceren en vervolgens de productie uitbreiden om grote fabrikanten van hybride en elektrische voertuigen te bevoorraden. Daartoe behoren ook aankomende plug-in hybrides zoals de Chevrolet Volt en Opel Ampera.
De huidige realiteit van elektrische auto’s staat in schril contrast. Het opladen van de meeste gefabriceerde lithium-ionbatterijen duurt enkele tientallen minuten. Neem bijvoorbeeld de Nissan Leaf en Mitsubishi i-MiEV. Beide zijn eind 2010 op de Europese markt geïntroduceerd. 80% opladen duurt 30 minuten, maar alleen bij gebruik van een apart laadstation. Het aansluiten op een standaard stopcontact van 200 volt kan enkele uren duren.
Dit verschil bepaalt de gebruikerservaring. Snelladen bestaat, maar is afhankelijk van de specifieke infrastructuur. Langzaam opladen is universeel, maar onpraktisch voor snel opladen. De SCiB-technologie van Toshiba heeft tot doel deze leemte op te vullen met een hogere vermogensdichtheid en een snellere absorptiesnelheid.
“Dit verschil bepaalt de gebruikerservaring. Snelladen is er, maar hangt af van de specifieke infrastructuur.”
Voor chauffeurs is het verschil tussen 30 minuten en drie uur hetzelfde als het verschil tussen een korte koffiepauze en een uitgebreide lunchafspraak. Infrastructuur bepaalt gedrag. In gebieden waar snelladers geconcentreerd zijn, wordt de angst voor bereik verminderd. Als er alleen standaard stopcontacten beschikbaar zijn, plannen chauffeurs op basis van de laadtijd. De expansie van Toshiba laat zien dat de sector in volume investeert om de kosten te verlagen en de beschikbaarheid te verbeteren.
Snelheid is niet het enige probleem. Het draait allemaal om consistentie. Kan het net de belasting aan? Kunnen de batterijen herhaalde snelle cycli weerstaan zonder degradatie? Een andere Toshiba-fabriek suggereert een antwoord. Meer productie betekent meer data. Meer informatie betekent meer geavanceerde chemie.
Tot die tijd tikt de klok.
