Batterijen

 Batterijen van elektrische voertuigen

Elektrische auto's gebruiken oplaadbare batterijen om de energie op te slaan die de elektrische motor aandrijft. Het meest gebruikte type batterij in elektrische auto's is lithium-ion, dat een hoge energiedichtheid en een lage zelfontladingssnelheid heeft. Andere soorten batterijen die in elektrische auto's worden gebruikt zijn nikkel-metaalhydride- en loodaccu's. De energiecapaciteit van een autobatterij wordt gemeten in kilowattuur (kWh), en de actieradius van een elektrische auto bij een volledige lading is direct gerelateerd aan de capaciteit van de batterij.

De ontwikkeling van de batterijtechnologie is een belangrijke factor in de groei van de elektrische auto-industrie, aangezien verbeteringen in de energiedichtheid van batterijen en verlaging van de kosten kunnen leiden tot een grotere actieradius en een grotere betaalbaarheid voor elektrische auto's.

Naast energiedichtheid en kosten, zijn andere belangrijke factoren om te overwegen als het gaat om batterijen voor elektrische auto's:

Oplaadtijd: Dit verwijst naar hoe lang het duurt om een batterij tot een bepaald niveau op te laden of volledig op te laden. Sommige elektrische auto's kunnen in slechts 30 minuten tot 80% worden opgeladen met behulp van snellaadtechnologie, terwijl het bij andere auto's enkele uren kan duren om volledig op te laden.

Levensduur: Dit verwijst naar het aantal keren dat een batterij kan worden opgeladen en ontladen voordat de prestaties beginnen af te nemen. De meeste accu's voor elektrische auto's zijn ontworpen om minstens 8 tot 10 jaar mee te gaan en een aanzienlijk deel van hun oorspronkelijke capaciteit te behouden.

Temperatuurbeheer: Extreme temperaturen kunnen de prestaties en de levensduur van een batterij beïnvloeden, dus elektrische auto's hebben vaak ingebouwde temperatuurbeheersystemen om de batterij op een optimale bedrijfstemperatuur te houden.

Batterijbeheersysteem (BMS): Dit is een elektronisch systeem dat de ladingstoestand van de batterij, de temperatuur en andere parameters controleert en beheert om de veilige en efficiënte werking van de elektrische auto te garanderen.

In het algemeen blijft de batterijtechnologie van elektrische auto's verbeteren en evolueren, waarbij bedrijven en onderzoekers werken aan nieuwe soorten batterijen, zoals solid-state batterijen en lithium-zwavel batterijen, die het potentieel hebben om een nog hogere energiedichtheid en lagere kosten te bieden dan de huidige lithium-ion batterijen.

Een ander belangrijk aspect van de batterijtechnologie voor elektrische auto's is de recycling en verwijdering van gebruikte batterijen. Naarmate het aantal elektrische auto's op de weg toeneemt, zal ook het aantal gebruikte batterijen toenemen, en het wordt belangrijk om deze batterijen op de juiste manier te recyclen of te verwijderen om hun impact op het milieu te minimaliseren. Veel bedrijven werken aan de ontwikkeling van recyclingprocessen om waardevolle materialen uit gebruikte batterijen terug te winnen, zoals lithium, kobalt en nikkel, die kunnen worden gebruikt om nieuwe batterijen te maken.

Bovendien wint de second-life toepassing van gebruikte batterijen voor elektrische voertuigen aan belang, vooral voor stationaire energieopslagsystemen. Deze accu's kunnen onder meer worden gebruikt voor netstabilisatie, peak shaving en load balancing.

De veiligheid van batterijen is een belangrijke overweging bij elektrische auto's. Lithium-ion batterijen, het meest gebruikte type batterij in elektrische auto's, kunnen in brand vliegen of exploderen als ze beschadigd raken of aan extreme temperaturen worden blootgesteld. Om de veiligheid van elektrische auto's te garanderen, nemen de fabrikanten een aantal voorzorgsmaatregelen, zoals het ontwerp van de batterijen om bestand te zijn tegen botsingen en het inbouwen van veiligheidsvoorzieningen zoals systemen voor thermisch beheer en batterijbeheersystemen (BMS).

Het BMS controleert de ladingstoestand van de batterij, de temperatuur en andere parameters om de veilige en efficiënte werking van de elektrische auto te garanderen. Het beschikt ook over veiligheidsmechanismen om de batterij uit te schakelen in geval van abnormale omstandigheden zoals overladen, overontladen of te hoge temperatuur.

Fabrikanten van batterijen moeten ook verschillende veiligheidscertificaten en -voorschriften doorstaan om de veiligheid van hun batterijen te garanderen.

Het is ook belangrijk op te merken dat elektrische auto's minder bewegende delen hebben dan verbrandingsmotoren, wat betekent dat ze minder dingen hebben die mis kunnen gaan, waardoor ze over het algemeen veiliger te bedienen zijn.

Kortom, veiligheid is een belangrijke overweging als het gaat om elektrische auto's en hun batterijen. Fabrikanten nemen een aantal voorzorgsmaatregelen om de veiligheid van de batterijen en de auto's te garanderen, en de batterijen moeten verschillende veiligheidscertificaten en -voorschriften doorstaan. Elektrische auto's hebben ook minder bewegende delen dan verbrandingsmotoren, waardoor ze over het algemeen veiliger te bedienen zijn.

Het milieueffect van elektrische auto's wordt over het algemeen als minder groot beschouwd dan dat van traditionele benzine- of dieselauto's. Een van de belangrijkste redenen hiervoor is dat elektrische auto's geen uitlaatgassen produceren en dus niet bijdragen tot de luchtverontreiniging of de uitstoot van broeikasgassen.

De productie van elektrische auto's en hun batterijen kan echter ook een aanzienlijk milieueffect hebben, afhankelijk van de gebruikte materialen en het fabricageproces. De winning van lithium, kobalt en andere in batterijen gebruikte materialen kan bijvoorbeeld aanzienlijke milieuschade veroorzaken indien dit niet op verantwoorde wijze gebeurt. Bovendien kan het fabricageproces van batterijen en elektrische auto's energie-intensief zijn, wat kan bijdragen tot de uitstoot van broeikasgassen.

Het milieueffect van elektrische auto's hangt ook af van de bron van de elektriciteit die wordt gebruikt om ze op te laden. Als de elektriciteit voor het opladen van elektrische auto's wordt opgewekt uit hernieuwbare bronnen zoals zonne- of windenergie, dan zal het totale milieueffect veel kleiner zijn dan wanneer de elektriciteit wordt opgewekt uit fossiele brandstoffen zoals kolen of aardgas.

Kortom, elektrische auto's hebben het potentieel om het milieu minder te belasten dan traditionele benzine- of dieselauto's, maar het milieueffect van elektrische auto's hangt af van het soort gebruikte materialen en het fabricageproces, alsook van de bron van de elektriciteit die wordt gebruikt om ze op te laden. Het is belangrijk de hele levenscyclus van elektrische voertuigen, van productie tot einde levensduur en recycling, in aanmerking te nemen om het milieueffect te evalueren.

De groei van de elektrische auto-industrie kan het elektriciteitsnet onder druk zetten, aangezien meer elektrische auto's op de weg meer elektriciteit nodig zullen hebben om hun accu's op te laden. Er zijn echter verschillende manieren om dit probleem aan te pakken:

Smart Charging: Dit is een techniek waarmee elektrische auto's kunnen worden opgeladen op momenten dat de vraag naar elektriciteit laag is, zoals 's nachts. Dit kan helpen om de druk op het elektriciteitsnet te verminderen.

Hernieuwbare energiebronnen: Naarmate meer hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie in het elektriciteitsnet worden geïntegreerd, zal de belasting van het elektriciteitsnet door elektrische auto's afnemen.

Modernisering van het netwerk: Het verbeteren van de infrastructuur van het elektriciteitsnet, zoals het bouwen van nieuwe transmissielijnen en onderstations, kan ervoor zorgen dat er voldoende capaciteit is om aan de groeiende vraag naar elektriciteit van elektrische auto's te voldoen.

Batterijopslag: Systemen voor batterijopslag kunnen worden gebruikt om overtollige elektriciteit op te slaan die tijdens perioden van geringe vraag is opgewekt, en deze vervolgens vrij te geven tijdens perioden van grote vraag. Dit kan de druk op het elektriciteitsnet helpen verminderen en ervoor zorgen dat er voldoende elektriciteit is om elektrische auto's op te laden.

Vehicle to grid (V2G): Met deze technologie kunnen de accu's van elektrische auto's worden gebruikt als een bron van energieopslag, waardoor de auto's in feite mobiele accu's worden. Deze energie kan worden gebruikt om het net te ondersteunen in tijden van grote vraag, of worden teruggeleverd aan het net in tijden van geringe vraag, waardoor de druk op het elektriciteitsnet wordt verminderd.

De batterijtechnologie zal naar verwachting blijven verbeteren, waarbij onderzoekers en bedrijven werken aan nieuwe soorten batterijen, zoals solid-state batterijen, die het potentieel hebben om een hogere energiedichtheid en een langere levensduur te bieden dan de huidige lithium-ionbatterijen. Naarmate de batterijtechnologie verbetert, zullen de actieradius en de betaalbaarheid van elektrische auto's naar verwachting ook verbeteren.

Er zal ook een toenemende vraag zijn naar oplaadinfrastructuur, zowel thuis als op openbare plaatsen, om het groeiende aantal elektrische auto's op de weg te ondersteunen. Overheden over de hele wereld zullen naar verwachting ook beleid blijven voeren om de invoering van elektrische auto's te bevorderen, zoals financiële prikkels, regelgeving inzake voertuigemissies en regelgeving ter bevordering van de installatie van oplaadinfrastructuur.

Aangezien de markt voor elektrische auto's blijft groeien, wordt bovendien verwacht dat meer autofabrikanten de markt zullen betreden en dat de concurrentie zal toenemen, wat zou kunnen leiden tot een verdere verlaging van de kosten en een grotere beschikbaarheid van elektrische auto's.

Algemeen wordt verwacht dat de elektrische auto-industrie in de nabije toekomst zal blijven groeien, dankzij de vooruitgang in de batterijtechnologie, de stijgende consumentenvraag en het overheidsbeleid om de invoering van elektrische auto's te bevorderen.

Chris de professor

Extra informatie over de Lithium-ionbatterijen:

Lithium-ionbatterijen voor elektrische auto's worden gewoonlijk gemaakt door een aantal afzonderlijke batterijcellen samen te voegen tot een groter batterijpak. De afzonderlijke cellen worden gemaakt door een laag lithiumkobaltoxide (LiCoO2), lithiummangaanoxide (LiMn2O4) of lithiumijzerfosfaat (LiFePO4) te sandwichen tussen twee elektroden van lithiumkobaltoxide (LiCoO2), lithiummangaanoxide (LiMn2O4) of lithiumijzerfosfaat (LiFePO4) en een poreuze separator. De elektroden worden geplaatst in een cilindrische of rechthoekige behuizing, bekend als een bus, die vervolgens wordt gevuld met een elektrolytoplossing. Deze afzonderlijke cellen worden vervolgens in serie en parallel geschakeld om een groter accupakket te vormen dat de gewenste spanning en capaciteit voor het elektrische voertuig levert.

De cellen worden gemaakt door eerst het actieve materiaal (LiCoO2, LiMn2O4, of LiFePO4) te mengen met een geleidend materiaal zoals koolstof, en dan het mengsel aan te brengen op het oppervlak van de elektrode in een proces dat coating wordt genoemd. De beklede elektroden worden vervolgens in een kalander- of walspers geplaatst, waar ze tot een bepaalde dikte en dichtheid worden geperst. Vervolgens worden de elektroden in de gewenste vorm en grootte gesneden.

Zodra de elektroden zijn gemaakt, worden zij samen met de poreuze separator in het blik geplaatst. De separator is een microporeus membraan dat voorkomt dat de twee elektroden met elkaar in contact komen, maar dat de elektrolytoplossing doorlaat. Het blik wordt vervolgens afgesloten en gevuld met de elektrolytoplossing, die gewoonlijk bestaat uit een lithiumzout opgelost in een organisch oplosmiddel.

Nadat de cellen zijn geassembleerd, worden ze in serie en parallel geschakeld om een groter accupakket te vormen. De cellen worden in serie geschakeld om de spanning te verhogen, en parallel om de capaciteit te verhogen. Het pakket wordt vervolgens in een beschermende behuizing geplaatst, die ontworpen is om schade aan de cellen te voorkomen en een veilige en betrouwbare verbinding met het elektrische systeem van het voertuig tot stand te brengen.

Ten slotte wordt het batterijpakket onderworpen aan een reeks tests om ervoor te zorgen dat het aan de gewenste specificaties voldoet. Deze tests omvatten capaciteitstests, levensduurtests en thermische tests. Zodra het batterijpakket veilig en betrouwbaar is bevonden, is het klaar om in een elektrisch voertuig te worden geïnstalleerd.

Het in batterijen gebruikte lithium is grotendeels afkomstig uit Chili, Argentinië en Australië, kobalt uit de Democratische Republiek Congo, nikkel en mangaan uit Rusland, China, Brazilië, Zuid-Afrika en Australië, en grafiet uit China.

Vermeldenswaard is dat de winning en verwerking van deze grondstoffen negatieve ecologische en sociale gevolgen kan hebben, en het is belangrijk ervoor te zorgen dat zij op verantwoorde en duurzame wijze worden verkregen.

Chris de professor