Terwijl de EV-markt aan kracht wint, maken sommige autokopers zich nog steeds zorgen over de actieradius en de veiligheid van lithium-ionbatterijen. Om deze gegronde zorgen weg te nemen, wordt er veel geld en tijd besteed aan het ontwikkelen van nieuwe batterijtechnologieën.
De afgelopen jaren hebben bedrijven geïnvesteerd in een oude maar verbeterde batterij op basis van aluminium en lucht, die de potentie heeft om de EV-industrie aanzienlijk vooruit te helpen. De aluminium-lucht (Al-air) batterij lijkt een game-wisselaar voor EV-batterijen te zijn, maar is het allemaal een hype?
Wat is een aluminium-luchtbatterij?
Elektrische voertuigen spelen een cruciale rol bij het bereiken van een netto-nul toekomst. Echter, bereik angst en veiligheidsvragen over lithium-ionbatterijen zijn wegversperringen die de groei van de EV-markt belemmeren. Lithium-ionbatterijen hebben de EV-revolutie geleid, maar het is nog steeds beperkt tot een bereik van 400 mijl, wat problemen kan opleveren tijdens lange autoritten.
Het gedoe van het vinden van een laadstation in afgelegen gebieden en wachten tot je EV is opgeladen, kan potentiële kopers afschrikken. Andere vermeende problemen met lithiumbatterijen, zoals batterijverslechtering, lekkages en overladen, helpen de zaak ook niet veel. Met alle andere batterijtechnologie die er is, krijgen Al-air-batterijen zoveel aandacht omdat ze niet hoeven te worden opgeladen.
Het concept van deze batterijen stamt uit de jaren zestig. Maar aangezien de elektrolyt gevaarlijk bijtend en giftig was, kon het niet commercieel worden gebruikt. Trevor Jackson, een technisch officier bij de Britse Royal Navy, begon in 2001 te experimenteren met de batterij, waardoor deze veilig in gebruik was. Al-air-batterijen zijn gemaakt van een plaat van aluminiumlegering als anode, een luchtkathode, een niet-giftige elektrolyt zoals water en een zilverkatalysator.
Hoe werkt een aluminium-luchtbatterij?
Traditionele EV-batterijen hebben twee elektroden, een kathode en een anode van verschillende materialen, met daartussen een elektrolyt. Wanneer de batterij wordt gebruikt, stromen ionen van de anode door de elektrolyt naar de kathode. Tijdens het opladen stromen de ionen in de tegenovergestelde richting terug naar de anode.
Luchtbatterijen werken op dezelfde manier als een brandstofcel. Het gebruikt aluminium aan de anode en zuurstof aan de kathode. Het resultaat is een veel hogere energiedichtheid. Ongeveer acht tot negen keer groter dan de huidige lithium-ionbatterijen die in EV's worden gebruikt, een aanzienlijke toename van het vermogen. Energiedichtheid meet hoeveel energie een batterij per massa-eenheid kan opslaan. Vermogensdichtheid meet hoeveel momentane energie het per massa-eenheid kan leveren.
De anode geeft elektronen vrij terwijl aluminium oxideert, terwijl de kathode zuurstof reduceert om elektronen vrij te maken, waardoor elektrische energie wordt opgewekt. Een belasting kan worden aangedreven door de elektrische stroom die wordt gegenereerd door elektronen die door een extern circuit bewegen. Het eindresultaat is een wit poeder dat zich op de anode vormt.
Voor- en nadelen van aluminium-luchtbatterijen
Aluminium is de op twee na meest voorkomende natuurlijke hulpbron in de aardkorst en het meest voorkomende metaal op aarde, dus we zullen waarschijnlijk nooit opraken. Door zijn zachtheid is aluminium gemakkelijk te bewerken en stabiel, in tegenstelling tot lithium. Bovendien is het niet giftig. De volgende zijn andere voordelen van Al-air-batterijen ten opzichte van lithium-ionbatterijen:
- Goedkoper om te maken
- Stabiliteit
- Lagere ecologische voetafdruk in termen van mijnbouw en raffinage
- Slaat veel meer energie op
- Lichter dan de meeste andere batterijen doordat de batterij is gemaakt van aluminium en lucht
- Zeer recyclebaar
Ondanks de voordelen zijn er enkele nadelen aan deze batterij. Ten eerste heeft het het nadeel dat het een primaire batterij is. In wezen kan het niet worden opgeladen als de batterij leeg of leeg is. Bovendien tast de lucht in de batterij de aluminium anode aan. Daarom moet de aluminium plaat in de batterij worden vervangen, wat kostbaar kan zijn. Bovendien kunnen de productiekosten van batterijen worden beïnvloed door de fluctuerende prijs van zilver dat de batterij bevat.
Problemen met lithium-ionbatterijen
Wetenschappers hebben betere batterijen ontwikkeld vanwege de nadelen van lithium-ionbatterijen die de EV-markt domineren. Lithium, nikkel en kobalt die in lithium-ionbatterijen worden gebruikt, zijn zeldzame aardmetalen die alleen in bepaalde delen van de wereld voorkomen. Momenteel zijn elektrische voertuigen goed voor 6% van de voertuigen op de weg, en de winning van deze metalen is in volle gang; stel je voor dat EV-cijfers stijgen naar 50% of 80%. Andere nadelen van lithium-ionbatterijen zijn de volgende:
- Duur om te produceren, hoewel de prijzen zijn gedaald
- Lithium-instabiliteit
- Stress op het nationale net
- Dure en geavanceerde laadnetwerken
- Milieueffecten in verband met mijnbouw en raffinage, hoewel er meer lithiumbatterijen worden gerecycled
Batterij verwisselen versus opladen
Er zijn factoren waarmee u rekening moet houden bij het overwegen batterij verwisselen versus opladen. Om dezelfde actieradius per lading te krijgen, zou een batterijpakket 1/8 van de grootte van een lithium-ionbatterij nodig zijn. Dankzij het lichtere gewicht van Al-air-batterijen kunnen EV's verder reizen, waardoor de algehele efficiëntie toeneemt.
Het zal ook gemakkelijker en handiger zijn om de batterij op een plaats in de EV te verpakken die gemakkelijk toegankelijk is, zodat deze indien nodig gemakkelijk kan worden verwisseld. Sommige bedrijven schatten de verwisseltijd van aluminium-lucht EV-batterijen op slechts drie minuten, waardoor EV-bezitters snel weer op weg kunnen.
Volgens schattingen gaan Al-air-batterijen ongeveer 5.400 mijl mee. De vraag is: waarom zou iemand deze route volgen in plaats van op te laden? Met een door Al-air aangedreven EV kun je veel verder zonder een laadstation te vinden. Een andere reden is dat het vervangen van uw lege Al-air-batterij door een gerecyclede batterij veel goedkoper is dan de kosten voor het vervangen van een Tesla-batterij. Aangezien het enige vervangbare onderdeel de aluminium platen zijn, die 100% kunnen worden gerecycled, betaal je voor de kilometers die je rijdt.
Zijn aluminium-luchtbatterijen de toekomst?
Het is mogelijk om Al-air batterijen te gebruiken in de huidige elektrische voertuigen. Deze batterijen zullen waarschijnlijk in populariteit toenemen naarmate stations voor het verwisselen van batterijen vaker voorkomen. Tot die tijd kunnen ze ook worden gebruikt om het bereik van EV's met lithium-ionbatterijen uit te breiden, waardoor het probleem wordt opgelost dat u moet opladen wanneer u dat niet kunt.
Uiteindelijk zullen EV-kopers de mogelijkheid hebben om batterijen te verwisselen of hun voertuigen op te laden, waardoor uiteindelijk een meer veelzijdige EV-markt ontstaat waar iedereen baat bij heeft. Hierdoor zal de transitie naar een wereld die volledig is gebaseerd op elektrische voertuigen steeds sneller gaan.
