Het gewicht van de accuNieuwe chemische technologie helpt hybride en elektrische voertuigen op weg Elektrisch aangedreven voertuigen bestaan al lang, maar hun populariteit lijdt sinds jaar en dag onder het gewicht en de omvang van zware accu's en de beperkte actieradius. Nieuwe filmtechnologie van ExxonMobil helpt dit probleem op te lossen en brengt zo een toekomst met (veel) lagere emissies een stap dichterbij. TEKST ARNE LASANCE | FOTO'S ELECTROVAYA, EXXONMOBIL, GPB Voor de oorsprong van de milieuvriendelijkste auto moeten we in Nederland zijn. In 1835, ruim 50 jaar na de uitvinding van de batterij door Alessandro Conde di Volta, bouwde Siebrandus Stratingh uit Groningen als eerste ter wereld een klein proefmodel van een elektrisch voortbewogen karretje; te klein voor serieuze toepassingen, maar wel een wereldprimeur! Een groter model lukte nog niet, doordat de batterijen en de motoren niet krachtig genoeg waren. Nog eens vijftig jaar later had de Belg Camille Jenatzy die problemen niet meer dankzij de uitvinding van de accu en de beschikbaarheid van sterkere elektromotoren. Met zijn elektrisch aangedreven La Jamais Contente brak hij op nog massieve Michelinbanden op 1 mei 1899 zelfs het wereldsnelheidsrecord (105,882 km/u) te land. La Jamais Contente was de eerste auto die harder reed dan 100 km per uur. Er zaten twee Postel-Vinay motoren in, die met 200 V/124 Ampère ongeveer 68 pk genereerden. Later begon Jenatzy in Parijs ook een fabriekje van elektrische bestelwagens, in die tijd een welkom alternatief voor de paardenwagens die te veel mest achterlieten. Omdat de verbrandingsmotor steeds verder verbeterd werden, verdwenen de aanvankelijk populaire elektrische auto's echter weer snel van het wereldtoneel. Inmiddels lijkt het tij onder invloed van het toegenomen milieubewustzijn gekeerd. Door de behoefte aan milieuvriendelijke voertuigen die geen of weinig gassen uitstoten, staan de elektrische en 'half-elektrische' hybride auto's volop in de belangstelling. En dankzij de ontwikkeling van nieuwe innovatieve accutechnologie komt de dag waarop elektrische auto's vooral in het stadsverkeer niet alleen een milieubewust maar ook concurrerend alternatief zijn, steeds dichterbij.
Wereldrecordhouder in 1899: In het Nederlands bestaat enige spraakverwarring over het gebruik van de termen accu en batterij. Vroeger was het simpel. De (lood-)accu was een oplaadbare stroombron; batterijen moest je na gebruik weggooien. Sinds er oplaadbare 'batterijen' op de markt zijn verschenen, is het onderscheid vervaagd. In het dagelijkse spraakgebruik worden kleine accu's tegenwoordig batterijen genoemd; de grotere exemplaren hebben wel hun oude naam behouden. In dit artikel noemen we oplaadbare batterijen ongeacht het formaat consequent accu's. Steeds kleiner en lichter | Dat de elektrische auto in het verleden de concurrentieslag met door benzine- en dieselmotoren aangedreven voertuigen heeft verloren, lag – zoals uit Jenatzy's snelheidsrecord blijkt – niet aan de kracht van de motor maar aan de beperkingen van de accu. De negentiende-eeuwse loodaccu's, die trouwens nog altijd in verbeterde vorm breed worden toegepast (zie Van batterij tot eerste accu), zijn prima geschikt om bijvoorbeeld een startmotor aan de praat te krijgen, maar door het zware gewicht en gelimiteerde vermogen onpraktisch als energiebron voor automotoren. Dat geldt niet voor de moderne opvolgers van de loodaccu, de nikkel-cadmium- (NiCd) en nikkel-metaalhydride- (NiMH) accu's. Het zijn kleinere, lichtere en efficiëntere energiebronnen, die net als loodaccu's opgeladen worden door er een elektrische spanningsbron op aan te sluiten.
Vier generaties accu's. De loodaccu met daaronder, Bovendien zijn ze hoog belastbaar en snel oplaadbaar. Nadelen zijn er ook. De kwaliteit van NiCd-accu's gaat snel achteruit als ze, voordat ze helemaal leeg zijn, herladen worden (het 'geheugeneffect'). Cadmium is bovendien erg giftig. Vandaar dat producenten en afnemers, zodra ze daartoe de kans kregen, massaal overstapten op de nikkel-metaalhydride- (NiMH) accu, die vergelijkbare prestaties levert, maar geen cadmium bevat. NiMH-accu's hebben bovendien veel minder last van het geheugeneffect. Daar staat dan weer tegenover dat ze minder goed tegen te lage en te hoge temperaturen kunnen. Ook voor de elektromotoren van de huidige generatie elektrische en hybride auto's worden een of meer grote nikkelmetaalhydride- accu's gebruikt. In een van de bekendste hybride modellen, de Toyota Prius, levert deze stroombron een vermogen van 21 kW. Desondanks is het gewicht ervan nog altijd te groot om op gelijke voet met conventionele voertuigen met (alleen) een verbrandingsmotor te kunnen concurreren. Vandaar dat er hard gewerkt wordt aan lichtere en nog compactere oplossingen. Wonder van techniek | Een nieuwe en veelbelovende opvolger van de NiMH-batterij heeft zich al aangediend. In heel veel kleine apparaten tref je tegenwoordig een bijzonder compacte, lichtgewicht lithium-ion-accu aan. Accu's van dit type produceren stroom als elektrisch geladen atomen (ionen) door een scheidingslaag (de separator) van de ene elektrode (de anode) naar de andere (de kathode) stromen. Een flinterdunne van polymeren gemaakte film dient als separator. Deze laat de ionen door, maar voorkomt dat er kortsluiting ontstaat doordat kathode en anode met elkaar in contact komen.
Schematische weergave van een lithium-ion-accu Lithium-ion-accu's zijn een erkend wonder van techniek en hebben een revolutie in de consumentenelektronica teweeggebracht. Dankzij deze accu's wegen apparaten zoals mobiele telefoons, LapTops, GPS-navigators en iPods steeds minder en hoeven we ze ook minder frequent op te laden. Als we in elektrische en hybride auto's ook lithium-ion-accu's zouden kunnen gebruiken, zouden die veel efficiënter zijn. Ze zijn immers kleiner, lichter en leveren naar verhouding aanzienlijk meer energie dan NiMH-accu's. Slechts één probleem heeft deze doorbraak tot nu toe verhinderd: lithium-ion-accu's kunnen slecht tegen hitte. Bij een hoge temperatuur slijt de accu sneller en wordt bovendien onbetrouwbaar. Het komt zelfs voor dat lithium-ionaccu's spontaan tot ontbranding komen. Een effectieve en betrouwbare scheiding van de elektroden zou dit kunnen voorkomen, maar helaas is het type separatorfilm dat in kleine lithium-ionaccu's wordt gebruikt, niet sterk genoeg voor de grotere exemplaren, die als stroombron voor elektrische en hybride voertuigen zouden kunnen dienen. Wás niet sterk genoeg, moeten we eigenlijk zeggen. Want recentelijk zijn wetenschappers van ExxonMobil Chemical en zijn Japanse businesspartner Tonen Chemical erin geslaagd een nieuw type separatorfilm te creëren, die de veiligheid en betrouwbaarheid van grotere lithium-ion-accu's aanzienlijk verhoogt én hun vermogen versterkt. Doordat deze accu's bovendien kleiner en lichter zijn dan de NiMH-accu's, brengen ze de komst van een nieuwe verbeterde generatie schone auto's een stap dichterbij. ExxonMobil werkt nauw samen met vooraanstaande accuproducenten en autofabrikanten om dit proces te versnellen.
De maya 300 | In januari presenteerde ExxonMobil het eerste concrete resultaat van deze samenwerking. De nieuwe separatorfilm wordt een integraal onderdeel van de nieuwe auto's van Electrovaya, een Canadees bedrijf dat actief is in wat het zelf omschrijft als portable power solutions. Tot het productenscala behoort behalve een reeks elektrisch aangedreven voertuigen ook een nieuwe generatie lithium-ionaccu's waarin ExxonMobil's innovatieve separatorfilm is verwerkt. Met deze accu's heeft Electrovaya's net uitgebrachte Maya 300, die vooral is bedoeld voor gebruik in steden, bij een maximum snelheid van 50 km per uur een actieradius van ca. 200 km. Daarna is hij weer – snel – op te laden. Gewoon, in de garage. |
