Doe-het-zelvers zullen het herkennen: op een gegeven moment is een volle accu van accugereedschap binnen de kortste keren leeg. De accu is ”op” en aan vervanging toe. Voor een elektrische auto zou weleens hetzelfde kunnen opgaan: na een flink aantal laadbeurten is de accu misschien ook wel versleten. In zo’n geval kost vervanging geen tientjes, maar duizenden euro’s. Iemand die van plan is om een tweedehands elektrische auto aan te schaffen, moet zich dus wel twee keer bedenken. Maar is dat terecht?

„De accu is de achilleshiel van de elektrische auto. Het relatief beperkte bereik kan mensen ervan weerhouden om een elektrische auto aan te schaffen. Maar ook de verwachte levensduur van de accu is nog een onzekere factor”, somt Peter Notten op. Hij is hoogleraar energieopslag aan de TU Eindhoven.

Vermogen en energie

Er zijn verschillende typen accu’s in gebruik voor hybride auto’s en elektrische voertuigen. De bekendste zijn de nikkelmetaalhydrideaccu (NiMH-accu) en de lithium-ionaccu (Li-ionaccu).

Een gewone hybride auto levert stroom aan de accu bij het remmen en uitrollen, en onttrekt stroom bij het optrekken. Notten: „Snel vermogen leveren is belangrijker dan langere tijd energie leveren.”

Met name hybride auto’s van Japanse merken maken hiervoor gebruik van NiMH-accu’s. „Die zijn relatief goedkoop in vergelijking met Li-ionaccu’s, en uitstekend geschikt voor toepassing in hybride auto’s”, vervolgt accu-expert Notten.

De Li-ionbatterijen worden op grote schaal toegepast in plug-inhybride auto’s en volledig elektrische auto’s. Deze accu’s moeten langere tijd energie kunnen leveren.

Een Li-ionaccu werkt in grote lijnen op dezelfde manier als de NiMH-batterij, maar kan twee keer zo veel energie opslaan per kilogram accugewicht. „Met name lichtgewicht elektronica zoals smartphones hebben de ontwikkeling van Li-ionbatterijen een flinke duw in de rug gegeven”, weet Notten.

Toyota gebruikt beide accutypes in zijn hybride auto’s. „NiMH-accu’s zijn robuuster en hebben doorgaans minder last van capaciteitsafname in de tijd”, laat Guido Roozekrans van Toyota-importeur Louwman & Parqui desgevraagd weten. Toyota heeft de afgelopen twintig jaar wereldwijd meer dan 10 miljoen auto’s met hybride aandrijving verkocht, bijna allemaal voorzien van NiMH-accu’s. „Door de jaren heen is dit type batterij zeer betrouwbaar gebleken.”

Toyota past ook de Li-ionaccu toe, om verschillende redenen. Roozekrans: „In onze Prius plug-inhybride zit deze accu omdat de elektromotor meer capaciteit heeft dan een NiMH-accu kan leveren. En onze hybride zevenzitter Prius Plus is ook met een Li-ionbatterij omdat hij door zijn compacte formaat tussen de voorstoelen past. Daardoor blijft er ruimte over voor de derde zitrij.”

Tweedehands

Terwijl elektrische auto’s en plug-inhybride’s steeds meer gemeengoed worden in het straatbeeld, komen er geleidelijk aan ook tweedehands exemplaren beschikbaar. Onder andere van de Tesla Model S, Nissan LEAF en Renault Zoe worden gebruikte exemplaren al bij bosjes aangeboden. Een nieuw model als de Hyundai Ioniq EV komt binnen afzienbare tijd ook beschikbaar als occasion. Hun accu’s hebben dan een aantal laad- en ontlaadcycli achter de rug. De vraag is of ze na een respectabele kilometerstand nog een poosje meekunnen.

Sowieso verouderen accu’s, ook al worden ze niet gebruikt: ”calender aging” in vaktaal. Daarnaast is er sprake van zogeheten ”cycling induced aging”, capaciteitsvermindering door laden en ontladen. Deze wordt met name veroorzaakt door blootstelling aan hoge temperaturen, het gebruikte accumateriaal en het optreden van zogeheten nevenreacties tijdens het laden (zie ”De accu binnenstebuiten”).

Fabrikanten van elektrische voertuigen doen er alles aan om de levensduur van de accu te maximaliseren. Zo adviseert Tesla gebruikers om de accu niet verder op te laden dan 90 procent en deze niet verder leeg te rijden dan tot 10 procent.

Snelladen

Het laden van een accu kost tijd, niet zelden langer dan twee uur. Het wordt dan ook steeds populairder om de elektrische auto aan een snellader of ”boostcharger” te hangen. Het voordeel is dat de accu sneller vol is, maar het is de vraag wat duizenden keren snelladen voor effect heeft op de levensduur.

„Een Li-ionaccu kun je best snelladen tot een bepaald percentage.” Notten laat voorzichtig de term CCCV vallen: Constant Current, Constant Voltage. „Daarmee wordt bedoeld dat de accu wordt snelgeladen met een constante stroom tot een bepaalde maximale spanning.”

In de meeste gevallen is 50 procent volladen binnen tien minuten geen enkel probleem. Daarna schakelt het managementsysteem over op een lagere stroomsterkte bij constante spanning, weet de hoogleraar. „Cruciaal voor de levensduur van de accu is het batterijmanagementsysteem; dat moet ervoor zorgen dat het snelladen op tijd stopt en er wordt overgegaan op een lagere laadsnelheid.”

Fabrikanten van elektrische voertuigen hebben heel goed door dat de levensduur van het accupakket voor een belangrijk deel afhangt van een deugdelijk batterijmanagementsysteem.

Een merk als Hyundai geeft op de nieuwe Ioniq EV acht jaar of 200.000 kilometer garantie op het accupakket. „Ongeacht de laadmethode”, laat Mike Belinfante van Hyundai Nederland desgevraagd weten. „Door de steeds betere batterijmanagementsystemen is de impact van het snelladen op de levensduur minimaal geworden.” Tesla hanteert vergelijkbare garantietermijnen.

Prijs

Maar wat als de accu na acht jaar toch kapotgaat? Belinfante: „In tegenstelling tot de meeste fabrikanten kan Hyundai alle batterijonderdelen los vervangen.” Dat scheelt enorm in de kosten, want Li-ionaccu’s zijn duur.

Hoe duur? Over de prijs van een accupakket laat Tesla Nederland zich desgevraagd niet uit. Maar volgens Jeff Evanson, internationaal investeringsstrateeg van Tesla, kosten accu’s van Tesla’s nieuwe Model 3 zo’n 175 euro per kWh. Dat zou voor een vervangende accu van een Model S P85 (85 kWh) neerkomen op minimaal een bedrag van 15.000 euro.

Marco Verweij van Nissan Nederland speelt direct open kaart. „Het vervangen van een 24 kWh-accu van een LEAF kost 5000 euro”, laat hij desgevraagd weten. „Binnen Europa hebben we echter nog nooit een accu moeten vervangen omdat de capaciteit niet meer voldoende was. De enige drie keer dat er binnen Europa een accupakket vervangen is, gebeurde nadat de voertuigen bij een ongeval betrokken waren.”

Hij heeft er vertrouwen in dat tweedehands elektrische auto’s hun weg wel zullen vinden, en dat de occasionkoper zich daar geen buil aan valt. „De LEAF is ruim zeven jaar op de markt. We kunnen intussen uit ervaring vertellen dat snelladen geen noemenswaardige invloed heeft op de levensduur van onze Li-ionaccu’s.” Verweij merkt dat tweedehands Nissan LEAF’s nu al voor een hogere prijs worden verkocht dan voorgaande jaren.

Vertrouwen

Het tijdschrift Autoweek nam afgelopen januari een Tesla Model S P85 uit 2013 onder de loep. De elektrische auto had er een respectabele 271.452 kilometer op zitten. „De actieradius is met 10 procent afgenomen sinds de aanschaf”, vertelde de eigenaar. Daarmee loopt het capaciteitsverlies van zijn accu keurig in de pas met de degradatiemetingen die Maarten Steinbuch, hoogleraar systeemmanagement van TU Eindhoven, afgelopen augustus publiceerde over de Li-ionaccu’s van Tesla. Dat wekt vertrouwen.

Tesla zelf biedt ook gebruikte wagens aan. „Deze occasions worden volledig geïnspecteerd en behouden hun batterij- en rijgaranties.”

Fabrikanten van elektrische voertuigen beschikken over alle informatie van elk accupakket dat ze verkopen, maar ze houden die voor zichzelf, weet Peter Notten. „Om occasionkopers over de streep te trekken, zouden fabrikanten al die gegevens aan hen ter beschikking moeten stellen. Wellicht kunnen consumenten dat ooit afdwingen door op hun strepen te gaan staan.”

De accu binnenstebuiten

Vrijwel alle plug-inhybrides en volledig elektrische auto’s beschikken over lithiumionaccu’s (Li-ionaccu). Een Li-ionaccu bestaat uit een aantal cellen die een bepaalde spanning en stroomsterkte kunnen leveren. Elke cel bevat een plus-elektrode en een min-elektrode. Daartussen bevindt zich een gelachtige vloeistof, het elektrolyt.

Levert de accu energie, dan bewegen in elke accucel positief geladen lithiumionen zich door het elektrolyt naar de positief geladen elektrode (kathode), waarin ze worden opgeslagen. Wanneer de accu wordt opgeladen, bewegen de lithiumionen zich naar de negatief geladen elektrode (anode).

Voor een lithium-ionbatterij is het belangrijk dat tijdens het laden een bepaalde maximale spanning niet wordt overschreden. „Gebeurt dat toch, dan treden er ongewenste nevenreacties op in de accu”, aldus Peter Notten, hoogleraar energieopslag aan de TU Eindhoven. „Het is de taak van het batterijmanagementsysteem om die te voorkomen.”

Nevenreacties zijn bijvoorbeeld het ontleden van het elektrolyt; of het oplossen van metalen uit de elektroden bij temperaturen hoger dan 40 graden Celsius. Verder zijn er nog tal van nevenreacties die de levensduur van het accupakket kunnen verkorten, vervolgt Notten. „Te veel om op te noemen.”

Wanneer lithiumionen onvoldoende worden opgenomen in de elektrode, kunnen ze zich hechten op de elektrode. „Dit is echter niet het normale gedrag van Li-ionaccu’s”, benadrukt de hoogleraar. Maar als dat gebeurt, is het desastreus voor een accucel: steeds meer lithiumionen zullen zich aan het oppervlak ophopen; er ontstaan dendrieten van neergeslagen lithiummetaal die groeien van de ene naar de andere elektrode. Uiteindelijk ontstaat er kortsluiting en legt de accucel het loodje.

De accutechniek ontwikkelt zich nog steeds, vervolgt Notten. „Elk jaar neemt de energiedichtheid van een Li-ionaccu nog met 5 tot 7 procent toe: per kilogram leveren de accu’s dus steeds meer kilowattuur aan energie. Dat betekent een verdubbeling binnen veertien jaar.”