Het accupakket is het duurste onderdeel van een elektrische auto. Door onze ervaring met de batterijen in onder andere smartphones is men in het algemeen erg huiverig voor de kwaliteit van de batterij van een EV.

In dit artikel zal ik met data onderbouwen waarom dat onterecht is en zal ik ook ingaan op wat de fundamentele verschillen zijn. Ook lees je hoe je het accupakket goed kan onderhouden, hoe het zit met de recycling en welke verschillende batterijen er beschikbaar zijn.

Navigeer naar:


Hoe voorkom je degradatie van de batterij van je elektrische auto?

Er zijn enkele factoren die een impact hebben op de degradatie van je accupakket. Aan de eerste kun je zelf niks doen, maar op de andere vier heb je wél invloed (ofwel bij het gebruik ofwel bij de aanschaf):

Leeftijd

Ook als je een batterij niet gebruikt, zullen de prestaties van de batterij over verloop van tijd afnemen. Dit is een factor die niet heel significant is, maar bij een optelsom helpen alle kleine beetjes.

Chemische samenstelling (aanschaf)

Niet alle batterijen zijn gelijk als het op degradatie aankomt. Als je op zoek bent naar de meest stabiele batterij-samenstelling, kun je het best kijken naar LFP-batterijen (Lithium Iron Phosphate).

Deze variant staat erom bekend veel meer oplaad cyclussen aan te kunnen. Een ander voordeel van de LFP-batterijen is dat ze erg goedkoop zijn omdat ze geen zeldzame aardmetalen gebruiken (waardoor ze over het algemeen ook nog eens een stuk ethischer zijn). Nadeel: De energiedichtheid is lager, dus je hebt een zwaarder accupakket nodig voor dezelfde range. (Scroll direct door naar chemische samenstellingen)

Temperatuur (aanschaf)

De optimale temperatuur voor een batterij in gebruik is 20-25°C. Bij het kopen van je elektrische auto is het belangrijk om te letten of er een BMS (Battery Management System) aanwezig is en welke functionaliteiten deze heeft.

Zo zijn er systemen met actieve koeling en systemen met zowel koeling- en verwarmingsfunctionaliteit. Wanneer een accu op de optimale temperatuur is vindt er minder degradatie plaats en is deze ook efficiënter in gebruik. Je haalt dus meer range uit het pakket op het moment dat de batterij op de optimale temperatuur opereert, dit zal je vooral merken in de actieradius in de winter (meer weten over actieradius in de praktijk? Lees dit artikel).

Sommige EV’s hebben zelfs de mogelijkheid om de batterij vanuit de app op te warmen voordat je op pad gaat of hebben een functie die de batterij automatisch opwarmt wanneer je navigeert naar een snellaadstation zodat het opladen efficiënter en sneller verloopt.

Deze systemen vind je vooral in het hogere segment. Tesla staat bekend als voorloper als het aankomt op hun BMS, functionaliteit en relatief lage degradatie. Een goede BMS onderscheidt zich door software, waardoor de balans, temperatuur en bescherming van de batterijen centraal staat.

Het geavanceerde BMS-systeem is het grote verschil met de smartphone, omdat de temperatuur veel beter gereguleerd wordt. Ook zijn er verschillende cellen aanwezig, waardoor de belasting verdeeld kan worden en defecte cellen zelfs gecompenseerd kunnen worden. Ook de samenstelling is bij EV batterijen van betere kwaliteit voor de specifieke toepassing.

Ook wordt de batterij van een smartphone vaker richting de maximum capaciteit gepusht en wordt de batterij dieper op- en ontladen. Zoals hieronder beschreven heeft dat redelijk grote gevolgen.

Hoe leeg/vol is de batterij (gebruik)

Hoe ver je de batterij oplaadt, heeft waarschijnlijk de grootste impact op de levensduur van de batterij. In principe wil je zoveel mogelijk wegblijven van de uitersten van een accu, dus helemaal leeg en helemaal vol.

Elektrische auto’s hebben standaard een reserve ingebouwd waardoor je de batterij niet helemaal vol kunt laden of leeg kunt rijden. Toch is het verstandig om zoveel mogelijk tussen de 20% en 80% te blijven. Dit verhoogt het aantal cyclussen dat een accupakket meegaat significant.

In de meeste EV’s kun je aangeven tot welk percentage je de batterij maximaal wil opladen op het moment van laden. Het is niet erg om incidenteel tot 100% te laden of tot rond het nulpunt door te rijden, maar als je de mogelijkheid hebt is het beter om vaker te laden en steeds tot maximaal 80%.

Laadsnelheid (gebruik)

Bij snelladen wordt er meer van een batterij gevraagd dan bij thuisladen, waardoor er meer degradatie optreedt. Het is geen doodzonde om te snelladen en er zijn zelfs EV-eigenaren die vrijwel uitsluitend snelladen, maar ook hier geldt weer: het is beter als je het kunt voorkomen. Anderzijds moet je ook een goede balans vinden met wat praktisch is.


kW vs kWh: Wat is het verschil nu eigenlijk?

Het belangrijkste om goed te snappen is hoe kW (kilowatt) en kWh (kilowattuur) werkt. Het komt voor in de grootte van de batterij, het opladen en het vermogen van de motor.

kW

kW geeft een maximaal vermogen aan. De meeste mensen zullen hier vooral vanwege huishoudelijke apparaten bekend mee zijn. Bij het aankopen van een blender let menigeen er bijvoorbeeld op of deze minimaal 1000 watt (1 kW) of meer aan vermogen kan leveren, zodat de blender krachtig genoeg is voor alle gewenste toepassingen.

Bij een elektrische auto kom je deze term tegen bij het vermogen dat de auto kan leveren en bij het vermogen dat een (snel)lader kan leveren.

kWh

kWh duidt een hoeveelheid aan energie aan. Als een snellader met 150kW vermogen een uur lang op maximaal vermogen zou opereren, kan de lader 150 kWh aan energie leveren. De inhoud van de batterij wordt in kWh uitgedrukt.

Het is dus makkelijk te berekenen hoelang het duurt om een batterij op te laden. Een batterij van 75kWh zou in theorie in een half uur opgeladen kunnen worden met een 150kW lader: 75kWh gedeeld door 150 kW = 0,5 uur.

In de praktijk is het complexer omdat een batterij niet in staat is om het maximaal vermogen van een snellader constant te ontvangen. Naarmate een batterij voller raakt gaat het laden een stuk trager.

Bij thuisladen heb je hier echter minder last van omdat de snelheden laag genoeg liggen dat je met een constante snelheid kunt laden. Zie hieronder een rekenvoorbeeld hoelang het met een thuislader ongeveer duurt om van 0% naar 100% te laden:

Type lader1-fase 3,7 kW3-fase 11 kW
Renault Zoe 52 kWh14 uur4 uur 45 min
Hyundai Kona 64 kWh17 uur 20 minGeen 3-fase mogelijk
Tesla Model S 100 kWh27 uur9 uur 5 min


Let wel, het is uiterst ongebruikelijk om van 0% tot 100% te laden. Voor dagelijks gebruik zal je maximaal naar 80% laden en de auto tussen de 20-50% insteken. Bij normaal dagelijks gebruik kan je deze tijden dus minimaal halveren.

Maximale laadsnelheid

Zoals in de tabel hierboven te zien, ondersteunt de Hyundai Kona geen 3-fase laden. Het is dus raadzaam om vooraf na te gaan hoe snel je maximaal thuis en ook onderweg kunt laden en om te kijken of dat bij je situatie past.

Als je auto relatief weinig stilstaat en je veel kilometers maakt, is het dus zeker aan te raden om voor een auto te gaan met 3-fase laden en de mogelijkheid om met minimaal 125-150 kW te kunnen snelladen.

Zie de maximale oplaadsnelheid van enkele populaire elektrische auto’s hieronder. Ik heb de Porsche Taycan 4S Plus ook toegevoegd ter illustratie wat er heden ten dage mogelijk is:

Merk + ModelMaximale snellaadcapaciteit
Renault Zoe50 kW
Hyundai Kona77 kW
Volkswagen ID.3 58 kWh100 kW
Volkswagen ID.3 77 kWh125 kW
Audi Etron*150 kW
Tesla Model 3250 kW
Porsche Taycan 4S Plus270 kW
*De Etron verdient een extra nuance aangezien deze Audi uitzonderlijk goed presteert als het aankomt op het vasthouden van de hoge laadsnelheid. In tegenstelling tot veel andere EV’s met een hoge pieksnelheid, lukt het de Etron wel om de hoge laadsnelheid voor het grootste deel van het laden vast te houden.

Hoe lang gaat de batterij van een elektrische auto mee?

Lange tijd was men erg conservatief met het inschatten van hoe lang een batterij in een EV meegaat. Vaak had men het over 150.000 km of over het vervangen van de accu om de paar jaar.

In een onderzoek van Auke Hoekstra en Maarten Steinbuch van de TU Eindhoven valt echter het volgende te lezen over de levensduur van de accu in een EV:
“Empirische data laten zien dat moderne batterijen meest waarschijnlijk meer dan 500.000 km meegaan. Nieuwe studies claimen dat 2 miljoen kilometer mogelijk is met de huidige technologie.” (Let wel, dit betreft niet elke batterij, ik vermoed dat het gaat om de LFP batterijen van het Chinese CATL, een van de grootste batterijen-makers van de wereld)

Momenteel gaat de gemiddelde auto 250.000 – 300.000 kilometer mee, voordat er een defect ontstaat dat duurder is om te repareren dan wat de auto nog waard is. Vaak betreft het de motor.

Een motor van een elektrische auto is vele malen robuuster, omdat er amper bewegende onderdelen zijn. Als zowel de batterij en de motor het veel langer volhouden, betekent het dat de auto in theorie veel langer mee moet kunnen gaan. Zelfs als je zelf niet van plan bent de auto helemaal op te rijden, heeft dit positieve implicaties voor de restwaarde.

Via deze tool kun je de gemiddelde degradatie van verschillende EV-modellen over de jaren been bekijken. Door enkele auto’s en bouwjaren met elkaar te vergelijken, krijg je een idee wat je zelf ongeveer kan verwachten.  

Zie hieronder een video van Tesla’s pilot batterij-fabriek met als doel batterijen goedkoper, beter en milieuvriendelijker te maken:

Is het produceren van de accu van een elektrische auto slecht voor het milieu?

Het produceren van een accu voor een elektrische auto is slecht voor het milieu. Om een accupakket te produceren, heb je metalen nodig die gemijnd moeten worden. Het mijnen van materialen kent veel verschillende methoden, maar het feit blijft altijd dat het proces op zijn minst enige schade aanbrengt aan het milieu.

Daarnaast wordt er vaak veel CO2 uitgestoten door zware voertuigen en machines die nodig zijn bij het mijnproces. Er wordt gewerkt aan schonere en meer ethische mijnmethodes, maar de waarheid is dat de implementatie hiervan tijd kost en dat het op dit moment vaak nog niet op orde is.

Als de materialen uiteindelijk gemijnd zijn moeten ze vaak nog chemisch bewerkt worden om gebruikt te kunnen worden in een batterij. In het proces van de mijn tot en met de batterij die af is komen veel stappen voor die het milieu kunnen schaden.

Enkele schadelijke factoren in het proces: Er worden chemische stoffen gebruikt, er is veel energie nodig (dus vaak CO2 uitstoot) en er wordt enorm veel water verbruikt. Dat klinkt allemaal niet best, maar het is wel goed om dat in perspectief te plaatsen.

Ten eerste ga je in vrijwel elke sector veel processen vinden die schadelijk zijn en beter moeten als je inzoomt op wat er precies gebeurt bij elke stap van het proces. Ten tweede is het relevant om het te vergelijken met het alternatief, in dit geval de benzineauto en alles dat daarbij komt kijken zoals het olieboren en verbranden van fossiele brandstoffen.

Auto’s met batterijen zijn zeker schadelijker in het productieproces dan benzineauto’s, maar als je kijkt naar de gehele levensduur komt de elektrische auto inclusief de batterij als ruime winnaar uit de bus. Dat is zeker geen reden om weg te kijken bij waar het mis gaat, maar het is wel relevant om te beseffen als je het als argument wil meenemen in je aankoopbeslissing.

Ten laatste: Gelukkig is er een bewustzijn bij de grote spelers in de industrie dat het beter moet. De lithium-ion batterij-industrie staat nog in zijn kinderschoenen, dus er is nog veel ‘laaghangend fruit’ als het aankomt op verbeteringen.

Tesla en Volkswagen (de twee grootste EV-makers) hebben al plannen gepresenteerd om op korte termijn batterijen te gaan produceren (momenteel zijn deze in testproductie) die veel minder CO2 nodig hebben bij het produceren. Ook wordt er veel minder water verbruikt en worden veel chemische materialen uit het proces verwijderd.

Ook de mijnindustrie neemt stappen om schoner te worden en veel grote spelers proberen het aandeel van bepaalde zeldzame aardmetalen zoals kobalt in hun batterijen omlaag te brengen. Tesla (de nummer 1 batterij-gebruiker ter wereld) zal bij de productie van de eigen batterijen helemaal geen gebruik meer maken van kobalt en maakt momenteel al minder gebruik van kobalt dan concurrenten.

Kan een batterij van een elektrische auto gerecycled worden?

Er bestaan genoeg horrorverhalen over wat er gaat gebeuren als batterijen opeens massaal aan het einde van hun leven komen, maar dat is niet helemaal terecht.

Ten eerste zal -in tegenstelling tot wat soms gesuggereerd wordt- een accu niet zomaar gedumpt worden als de auto naar de sloop gaat. De batterij mag dan niet goed genoeg meer zijn voor de auto, maar de batterij is echter wel nog erg waardevol voor andere toepassingen.

Een grote uitdaging die ons elektriciteitsnetwerk te wachten staat, is het reguleren van pieken en dalen in het netwerk naarmate er meer groene stroom geproduceerd wordt. Batterijen zijn hier de optimale oplossing voor. De gereduceerde capaciteit mag voor een auto een probleem zijn, maar voor een stationair doel waarbij de massa van de batterij van ondergeschikt belang is, blijft deze capaciteit nog steeds erg waardevol.

Nadat de batterij helemaal opgebruikt is als opslag voor het net, is het tijd om te recyclen. Als je beseft dat het grootste deel van de kosten van een batterij uit de materialen bestaat en weet dat de materialen in een opgebruikte batterij niet verloren gaan, zal je al snel inzien dat het accupakket nog een veel te grote waarde vertegenwoordigd om weg te gooien.

Er wordt momenteel volop gewerkt aan het optimaliseren van recyclingprocessen van batterijen. Zo’n 95% van de materialen kan op dit moment al teruggewonnen worden bij de recycling, dit proces kost vaak wel nog redelijk wat energie en is ook nog erg duur. Feit is echter, elke nieuwe technologie heeft tijd nodig om in kosten te dalen en dat gebeurt doorgaans door grote volumes en verfijningen aan de technologie.

Er is dus zeker nog ruimte voor verbetering. Tesla en Volkswagen werken aan processen om de recycling in-house te kunnen doen, daarnaast zijn er nog tal van start-ups die ook een stuk van de taart willen veroveren.

Het goede nieuws: het loont financieel om zo energie-efficiënt mogelijk te zijn en een zo hoog mogelijk percentage aan materialen te kunnen recyclen. Men wordt dus gedwongen om zo schoon en efficiënt mogelijk te zijn. Daarnaast is er nog de nodige tijd voordat een groot deel van de huidige batterijen aan het einde van hun leven is. Ik ben persoonlijk erg optimistisch over de ontwikkelingen en de vooruitzichten.


Wat zijn de verschillen tussen batterijen met verschillende chemische samenstellingen?

Een batterij bestaat uit een cathode en een anode die gescheiden worden door een separator die bevochtigd wordt door een electrolyte. De lithium ionen verplaatsen tijdens het opladen met behulp van de electrolyte van de anode naar de cathode en bij het ontladen bewandelen de ionen de omgekeerde weg.


Wanneer er naar de chemische samenstelling van een batterij gekeken wordt, wordt er veelal gekeken naar de cathode, het deel van de batterij waar de energie opgeslagen wordt wanneer de batterij opgeladen is. Deze kan onder andere de volgende materialen bevatten: IJzer, fosfaat, magnesium, kobalt, nikkel en aluminium.

In de onder staande tabel vind je de vergelijking van de drie meest gebruikte chemische samenstellingen op de belangrijkste factoren:

LFP (ijzer-fosfaat)NCA (nikkel-kobalt-aluminium)NMC (nikkel-magnesium-kobalt)
Oa gebruikt doorTesla Model 3 standaard range (China)Tesla Rest van de industrie
Prijs★★★★★★☆☆★★☆☆
Veiligheid★★★★★★★☆★★★☆
Degradatie★★★★★★★☆★★★☆
Energie-dichtheid★★☆☆★★★★★★★★
Prestaties★★★☆★★★★★★★★
Oplaadtijd★★★★★★★☆★★★☆


Zoals je ziet ontlopen NCA en NMC-batterijen elkaar niet heel erg veel. Het aluminium in de NCA-batterijen zorgt ervoor dat deze samenstelling een iets hogere stabiliteit heeft, maar de verschillen zijn niet enorm. LFP-batterijen worden nog erg weinig gebruikt omdat de energiedichtheid beperkt is. Wel hebben onder andere Volkswagen en Renault al plannen om deze in de toekomst te gaan gebruiken en gebruikt Tesla ze al voor de budget modellen die in China gebouwd worden.

Het is een kwestie van tijd dat deze batterijen en de efficiëntie van de aandrijflijn goed genoeg is om deze accu’s op grote schaal te gebruiken en een acceptabele range te halen. Een geweldige ontwikkeling voor het omlaag brengen van EV-prijzen. Ook zijn LFP-batterijen een erg interessante optie als batterijen om het elektriciteitsnet te ondersteunen.

Hebben alle toekomstige elektrische auto’s solid state batterijen?

Solid state batterijen zijn op dit moment de heilige graal. De theorie is duidelijk: Ze zijn potentieel goedkoper, veiliger en sneller op te laden dan de huidige lithium-ion accu’s.

Het is echter een techniek die altijd ‘over 5 jaar klaar is’. Lang werd gedacht dat solid state batterijen nodig waren om EV’s interessant te maken voor de massa, maar de huidige lithium-ion batterijen hebben zich beter ontwikkeld dan men voor mogelijk hield.

Wat maakt solid state batterijen zo aantrekkelijk?

Solid state batterijen hebben in plaats van een vloeibare- of gel-achtige, een vaste electrolyte. Hierdoor is dit type batterij beter in staat om met warmte om te gaan, hetgeen zorgt voor betere veiligheid en de optie tot sneller opladen. Ook hebben solid state batterijen de potentie om goedkoper te zijn dan de lithium-ion batterijen met een vloeibare electrolyte.

Wanneer kan ik solid state batterijen in mijn auto verwachten?

Quantumscape verwacht rondt 2025 de eerste solid state batterijen te produceren voor elektrische auto’s. Volkswagen heeft geïnvesteerd in Quantumscape en het is dus te verwachten dat een van hun luxe dochtermerken (Porsche of Audi) er met de primeur van doorgaat.

Ook Toyota werkt achter de schermen hard aan solid state batterijen. Zij hebben momenteel nog geen volledig elektrische auto op de markt (deze worden wel dit jaar verwacht) en gokken vooral op solid state om de concurrentie te slim af te zijn. Ook het Chinese NIO claimt dichtbij te zijn, maar in hun geval gaat het om een soort hybride-solid state waarbij ze slechts profiteren van een deel van de voordelen.

Toch is mijn verwachting dat het grote publiek op zijn vroegst pas rond 2030 aan de solid state batterij gaat en ik denk zelfs dat het eerder richting 2035 zal gaan.

Zoals eerder genoemd zijn de prestaties van de huidige lithium-ion batterijen boven verwachting goed en de rek is er nog lang niet uit. Op het moment dat solid state batterijen op de markt komen is de sprong waarschijnlijk niet zo groot als lang gehoopt.

Enkele jaren terug duurde het laden van 20-80% nog 30-35 minuten, nu is dat rond de 25 minuten en de verwachting is dat het binnen enkele jaren naar 18 minuten gaat. Solid state batterijen doen het beter met 10 minuten, maar het is de vraag of die targets direct gehaald kunnen worden. Daarnaast is het maar de vraag in hoeverre die tijdswinst als een groot voordeel gezien wordt nu de actieradius steeds verbetert en elektrische auto’s het leeuwendeel van de tijd thuis opgeladen worden.

Ook op het gebied van energiedichtheid winnen solid state batterijen het. Schattingen tegen 2025 zijn voor de lithium-ion batterij zo’n 300-350 Wh/kg (momenteel 250 Wh/kg) versus 450-500 Wh/kg voor de solid state variant. Dat is zeker een grote stap, maar die stap wordt pas echt wat waard als de prijs ook competitief is.

Wat uiteindelijk het belangrijkste is, is de prijs per kWh. Hoewel solid state batterijen dit op lange termijn kunnen winnen, hebben ze nog heel wat jaren te gaan om de kosten naar het level van de huidige generatie lithium-ion batterijen te brengen.

Om de kosten omlaag te brengen moet je in hoge volumes kunnen produceren. Op dat vlak zijn er twee uitdagingen. Ten eerste kost het tijd om de productie te schalen, dus er is een maximumsnelheid waarmee de productie kan groeien. Het zal vele jaren duren voordat het überhaupt mogelijk is om genoeg batterijen te kunnen produceren om een substantieel marktaandeel op te eisen.

Daarnaast moet de vraag op het prijspunt waarop solid state batterijen in eerste instantie geproduceerd kunnen worden hoog genoeg zijn om genoeg te kunnen produceren om de kosten snel omlaag te brengen. Auto’s zijn voor het begin niet de meest logische toepassing, omdat de concurrerende techniek vele malen goedkoper is. Je zult in het begin hooguit erg dure niche auto’s zien met solid state technologie.

Er zal gekeken moeten worden naar toepassingen waarbij prijs van ondergeschikt belang is, zoals in de lucht- en ruimtevaart. Daar wordt een hoger gewicht veel harder afgestraft en is er ook een groter voordeel bij de potentiële ruimtebesparing. Ook voor boten lijkt dat een interessante waardepropositie. Kosten in aanschaf spelen in die markten echter een veel kleinere rol, ideaal dus voor de solid state batterijen.

De techniek is veelbelovend en we zullen er allemaal baat bij hebben als solid state batterijen uiteindelijk doorbreken, maar solid state batterijen zijn niet zo magisch als dat ze vaak gepresenteerd worden. Het is zeker een verbetering op de huidige techniek. De langverwachte revolutie zal eerder een evolutie worden en het is nog steeds onzeker of die er wel gaat komen binnen een redelijke termijn.

Vond je het artikel nuttig, deel het via de onderstaande buttons!

Is je vraag niet goed beantwoordt of heb je een aanvulling? Reageer in de comments hieronder!

Staat er een onjuistheid in het artikel of heb je een suggestie voor ons? Neem contact met ons op!

Gebruik @EVGuruNL om via Twitter met ons te communiceren!