De verwachtingen zijn hooggespannen. Als natrium lithium kan vervangen, zal dat de kostprijs van accu’s stevig kunnen drukken. Natrium is eenvoudig te winnen uit keukenzout (natriumchloride). Het is bovendien in overvloed aanwezig op aarde.

In een natriumaccu is schaars en kostbaar kobalt overbodig. Dat metaal hoeft dan ook niet meer onder erbarmelijke omstandigheden te worden gedolven.

Natriumionaccu's zijn veiliger dan de gangbare lithiumionbatterijen. In de laatste kan zogeheten ”thermal runaway” tot moeilijk blusbare branden leiden. Daarbij stijgt de temperatuur door een defect in een accucel flink. Er komt toxisch gas vrij, dat zeer brandbaar is. Zo’n ”thermal runaway” houdt zichzelf in stand. Een accu met natrium als hoofdbestanddeel heeft daarvan veel minder last.

Daarnaast zijn natriumionaccu’s beter bestand tegen kou. Ze kunnen probleemloos een ontlading tot 0 procent aan, wat bij lithiumionaccu’s tot inwendige schade leidt. Natriumionaccu’s mogen daarom ook volledig ongeladen worden vervoerd en opgeslagen. Ze zijn in die toestand veilig. Bovendien gaat het laden van zo’n accu sneller.

Goede papieren

Natrium lijkt als alternatief voor lithium dus over goede papieren te beschikken. Zien we deze batterijen binnenkort verschijnen in elektrische auto’s en smartphones? Batterijspecialist Marnix Wagemaker, hoogleraar opslag elektrische energie aan de TU Delft, ziet dit als een mooie en belangrijke stap. „Ik zal nooit zeggen dat één ontdekking alles verandert, maar ons onderzoek laat wel zien dat het gebruik van natrium perspectief biedt. De levensduur is mogelijk ook 20 tot 40 procent langer, ze zijn goedkoper, minder milieubelastend en kunnen sneller worden opgeladen. Ik ben ervan overtuigd dat de natriumionbatterij de komende decennia zeker belangrijk zal worden.”

Ook Moniek Tromp, hoogleraar batterijtechniek aan de Rijksuniversiteit Groningen, onderschrijft het belang van stabiele en snel oplaadbare natriumaccu’s. „Nieuw is de combinatie van de hoge oplaadsnelheid en de stabiliteit.” En dat is volgens Tromp erg belangrijk. „Je wilt niet uren langs de weg staan om je accu op te laden.”

Heilige graal

Behalve de natriumionaccu gooit ook de solid state-batterij of vastestofbatterij hoge ogen. Die wordt beschouwd als de ‘heilige graal’ van de batterij-innovatie. Bij hetzelfde gewicht kan zo’n accu twee tot drie keer meer energie bevatten dan een lithiumionbatterij. Met een even zware solid state-accu rijdt een elektrische auto straks 1000 kilometer in plaats van 400 en later misschien wel 1800 kilometer. Dat is wel aantrekkelijk op weg naar een vakantie in Zuid-Frankrijk. Bovendien zal het laden ook veel sneller gaan.

Een solid state-accu kan ook soelaas bieden voor smartphones: het duurt aanzienlijk langer voordat het apparaat weer aan de oplader moet. Het is niet nodig om de telefoon groter en zwaarder te maken. Geduld is echter een schone zaak: massaproductie laat nog jaren op zich wachten.

Brandveiligheid

Bijna nog belangrijker is de grotere brandveiligheid die de nieuwe accutypes bieden. Lithium- en natriumionaccu’s bevatten vloeistof (elektrolyt) om ionen in de cellen te transporteren. Bij het optreden van een ”thermal runaway” in lithiumionaccu’s ontstaan beruchte accubranden, die soms alleen te blussen zijn door het complete voertuig langdurig in een container met water onder te dompelen. De Galaxy Note 7-smartphone ontbrandde soms spontaan, door een ontwerpprobleem dat Samsung uiteindelijk 5 miljard dollar kostte. Vliegtuigbouwer Boeing had problemen met zijn 787 Dreamliner, die een paar keer spontaan in brand vloog door een probleem met de accu’s.

Bij vastestofaccu’s zal dit niet gauw gebeuren, doordat het brandbare gelachtige elektrolyt ontbreekt. Deze vloeistof is vervangen door een vaste massa die nauwelijks brandbaar is. Angst voor accubranden is dan overbodig.

De vastestofaccu heeft nog meer pluspunten. Met dezelfde opslagcapaciteit is die kleiner en lichter. Voorlopige resultaten wijzen ook uit dat solid state-batterijen een langere levensduur hebben. Ze kunnen meer laad- en ontlaadcycli doorstaan voordat hun capaciteit merkbaar afneemt. Daarbij hoeft het sneller opladen niet ten koste te gaan van de levensduur of de veiligheid.

Het is geen wonder dat de transportsector en met name de auto-industrie met smart uitkijkt naar de komst van de veelbelovende vastestofaccu.

Moeizaam onderzoek

De solid state-accu is heel belangrijk voor de energietransitie, met name voor de transportsector. Het onderzoek verloopt echter moeizaam. Na jarenlang onderzoek zegt Petra de Jongh, hoogleraar anorganische materialen aan de Universiteit Utrecht, duidelijk dichter bij toepassingen van de accu te zijn gekomen. Maar volgens haar er is nog een lange weg te gaan naar „een stabiele en betaalbare massaproductie”. Ze legt uit dat fabrikanten eerst de capaciteit van de conventionele batterijen oprekken en vervolgens pas de stap maken naar de vastestofbatterij.

Ook Marnix Wagemaker van TU Delft is positief over de veelbelovende technologische ontwikkelingen. „Maar het kost alles bij elkaar veel tijd.” Energieopslag met batterijen zal volgens hem een hoofdrol spelen in de energietransitie. Wagemaker is ook projectleider van BatteryNL, een samenwerkingsverband waarin kennisinstituten op nationaal niveau de krachten bundelen in de zoektocht naar vernieuwende materiaaltechnologie voor accu’s.

Aan de ambitie van de Nederlandse industrie ligt het niet. Carl McGoldrick, algemeen directeur van de Eindhovense start-up LionVolt, zegt dat het bedrijf de „ASML van de batterij-industrie” wil worden. LionVolt claimt met slimme ladingopslag zelfs een aantal keren hogere energiedichtheid te hebben bereikt, waardoor een elektrische auto in theorie duizenden kilometers op één acculading moet kunnen rijden. Met zulke solid state-superaccu’s zou zelfs elektrisch vliegen haalbaar kunnen worden.

Auto-industrie

De auto-industrie is ervan overtuigd dat de solid state-accu de toekomst heeft. De meeste fabrikanten beloven dat hun elektrische auto’s met vastestofbatterij tussen 2025 en 2030 te koop zullen zijn.

Simon Erhard, energie-expert bij BMW, beschouwt de solid state-batterij als de „next big thing” in batterij-ontwikkeling. BMW opende onlangs een ontwikkelingscentrum in München om de accutechniek van de toekomst te ontwikkelen. „Over een jaar of tien zijn alle batterijen solid state”, voorspelt hij. „Voorlopig vertrouwen we op de techniek van de standaard lithiumionbatterij. Vanaf grofweg 2030 denken we een volledige solid state-batterijproductielijn te hebben.”

Mercedes en Volkswagen lieten doorschemeren zich tot 2030 hooguit aan kleine productieaantallen te wagen. Volkswagen werkt samen met QuantumScape en claimt dat zijn toekomstige solid state-batterijen een levensduur van minimaal 500.000 kilometer zullen hebben. Ambitieuzere doelen stelt autofabrikant Stellantis zichzelf. De multinational wil volgend jaar al een solid state-batterij toepassen.

Overigens rijden elektrische voertuigen met solid state-accu’s al langer rond. In Frankrijk is er de Bolloré Bluecar, een stadsauto met solid state-cellen, die 250 kilometer ver komt op een lading. De kleine Bluecar bestaat al sinds 2011, maar de ervaringen zijn niet louter positief. De accu ervan moet eerst worden voorverwarmd voordat hij kan worden gebruikt. Ook Mercedes-Benz heeft een variant van de eCitaro-bus uitgerust met solid state-accu’s. Ook daarvan moet de accu worden voorverwarmd, al is dat voor een bus wel beter in te plannen dan voor een stadsautootje.

Klaar

In het ontwikkelen van batterijtechnologie loopt China voorop. Ook met de vastestofbatterijen. Tijdens de Chengdu Motor Show van 2024 liet autofabrikant MG, onderdeel van Shanghai Automotive Industry Corporation (SAIC), weten dat zijn vastestofbatterijen al klaar zijn voor de commerciële markt. Door de dubbele energiedichtheid zou je tot ongeveer 1000 kilometer kunnen rijden op een volle lading.

MG hoopt dit jaar nog het eerste voertuig te lanceren dat hiervan gebruik maakt. Met twaalf minuten laden zou deze IM L6 al 400 kilometer ver kunnen komen. Hiermee zet MG zichzelf in de schijnwerpers. Kleinschalige serieproductie met solid state-batterijen voor premium elektrische auto’s heeft ook MG pas tegen 2027 gepland.

Toyota, niet de minste autofabrikant die zich bezighoudt met accutechniek, kondigde een grote doorbraak aan in solid state-technologie. Het Japanse merk hoopt nog dit jaar de eerste hybride-elektrische modellen met solid state-accu’s op de markt te brengen. Serieproductie verwacht Toyota net als veel andere autofabrikanten pas op te starten vanaf 2030.