Waar zijn accu's van elektrische voertuigen van gemaakt?

De doorbraak van elektrische mobiliteit en de accu productie

De stijgende vraag naar elektrische voertuigen (EV's) resulteert in meer vraag naar de daarvoor benodigde accu's. Dit roept de vraag op hoe batterij ontwikkelaars aan deze toenemende vraag kunnen voldoen en welke materialen überhaupt nodig zijn voor de productie van een accu.

In dit artikel gaan we verder in detail over de materialen die gebruikt worden voor accu's en het productieproces daarvan. We laten ook licht schijnen op wie de leidende batterij ontwikkelaars zijn en wat het gat tussen de groeiende vraag en aanbod betekent voor de toekomst van de elektrische voertuig accu. 

Waar zijn accu's van gemaakt?

Accu's komen - nogal letterlijk - in alle soorten en maten. Van de vorm of de cellen tot aan hun scheikunde, EV-fabrikanten hebben genoeg accu opties. Voordat we verder duiken in de materialen waar de batterijen van zijn gemaakt, is het belangrijk om de verschillende types fysieke cell structuren te begrijpen. 

De verschillende types accu cellen

Er zijn drie basis types van batterij cellen die worden gebruikt in elektrische voertuigen: cilindrische cellen, prismatische cellen en buidelcellen. Knoopcellen bestaan ook, ondanks dat deze momenteel beperkt zijn voor onderzoek en ontwikkeling doeleinden en zijn nog niet gebruikt in commerciele EV's. 

1. Cilindrische cellen

Wellicht het meest gebruikte format, cilindrische cellen, zijn zoals de naam zegt, op zichzelf staand in een cilindrisch gietstuk dat hun de bescherming geeft tegen mechanische schokken - vergelijkbaar met de typische huishoud AA of AAA alkaline batterijen.

Vanwege het lange gebruik van dit format, cilindrische cellen zijn het meest efficiënt en gemakkelijk te fabriceren. Met dat gezegd, cilindrische cellen kunnen enigzins beperkt worden in hun vermogen, daarom gebruiken EV's met kleinere batterijen vaak prismatische- of buidelcellen. 

2. Prismatische cellen

In tegenstelling tot cilindrische cellen, die nogal klein zijn (ongeveer zo groot als een AA batterij), kunnen prismatische cellen 20 tot 100 keer groter zijn. Omdat er minder materiaal gebruikt wordt voor hun omhulsel, kunnen prismatische cellen meer energie en kracht geven, terwijl ze ook beter de warmte beheren dan cilindrische cellen. 

Terwijl prismatische cellen minder populair zijn dan cilindrische cellen, blijft hun gebruik groeien en nemen zij waarschijnlijk een groot aandeel van de markt over in de komende jaren. 

3. Buidelcellen

Zoals de naam het al zegt, buidelcellen zijn verpakt in een zacht plastic omhulsel, wat hun erg efficiënt maakt als het gaat om ruimtegebruik. Dat gezegd te hebben, het breekbare omhulsel betekent wel dat de cellen extra bescherming nodig hebben om mechanische schade te voorkomen. 

Welke materialen zijn het populairst om te gebruiken voor accu's?

Naast hun formaat variëren accucellen ook op basis van hun chemie, oftewel de materialen die ze besluiten te gebruiken om elektriciteit op te slaan.

Hoewel lithium-ion (Li-ion) over het algemeen het meest wordt gebruikt vanwege de relatief lage kosten en het vermogen om veel energie op te slaan, zijn er andere populaire batterijchemieën.

Nikkel mangaan kobalt (NMC) en nikkel-metaalhydride (Ni-MH) waren populair in de vroege dagen van elektrische voertuigen vanwege hun betaalbare kosten, lange levensduur en relatief hoge capaciteit. Oudere hybriden, zoals de Toyota Prius en RAV4, gebruikten vaak NMC- of Ni-MH-batterijen.

Een van de oudste soorten batterijen die in auto’s worden gebruikt, zijn loodzuurcellen. Tientallen jaren voordat ze zelfs in EV’s werden gebruikt, werden loodzuurbatterijen, en worden nog steeds, gebruikt in benzine-aangedreven voertuigen om hun ontsteking van stroom te voorzien.

In tegenstelling tot de meeste andere soorten accu's kunnen loodzuurcellen gemakkelijk worden gerepareerd en vervangen door autotechnici en vereisen over het algemeen zeer weinig onderhoud. Dat gezegd hebbende, ze kunnen lang niet zo veel energie opslaan als andere celtypen, waardoor ze onpraktisch zijn voor het aandrijven van grotere EV’s.

Waar zijn lithium-ionbatterijen van gemaakt?

Het is geen verrassing dat lithium-ionbatterijen lithium bevatten. Maar heb je je ooit afgevraagd welke andere materialen nodig zijn om een Li-ion batterij te maken?

Het creëren van een lithium-ionbatterij vereist veel lagen. Net als andere batterijen hebben Li-ion batterijen een positief geladen kathode, een negatief geladen anode en een elektrolyt die ze scheidt. De kathode is meestal gemaakt van een mix van lithium, nikkel, kobalt en mangaan, terwijl de anode meestal wordt gemaakt van grafiet.

Ten slotte zijn de individuele cellen ingesloten in een behuizing van aluminium of staal die de batterij bij elkaar houdt en beschermt tegen mechanische schade.

Welke componenten zijn nodig voor de batterij?

Buiten de grondstoffen waaruit cellen bestaan, heeft een accu meer nodig zoals hardware en software componenten om het te laten functioneren. Laten we eens kijken naar de belangrijkste kenmerken van een accu.

Batterij Module Array

De Batterij Module Array is de technische term die verwijst naar de stroomopslagcomponenten van de batterij. Dit omvat de eerder genoemde cellen, die zijn gegroepeerd in modules, elk met een specifiek aantal cellen die met elkaar zijn verbonden. Deze modules worden vervolgens aangesloten om de uiteindelijke, volwaardige batterijpakket te vormen (waarnaar de meeste mensen verwijzen wanneer ze het hebben over de batterij van een elektrisch voertuig).

Batterij Management Systeem

Het batterijbeheersysteem (BMS) van een elektrisch voertuig (EV) is wellicht het meest fundamentele onderdeel van de batterij. Het BMS controleert elk aspect van de batterij en zorgt ervoor dat deze optimaal presteert. Zo zal het bijvoorbeeld het laadniveau van elke cel monitoren en reguleren, beslissen welke cellen moeten worden opgeladen of ontladen, en de temperatuur van het batterijpakket bijhouden.

Als een aspect van de werking van de batterij buiten normale waarden valt, kan het BMS automatisch de energieaanwending aanpassen om het batterijpakket te beschermen en indien nodig de bestuurder waarschuwen.

Batterij Elektrisch System

Het batterij-elektrische systeem verwijst naar alle bedrading, verbindingen, zekeringen en andere elektrische componenten die nodig zijn om een accu te laten werken. Het is ontworpen om hoge spanningen te weerstaan en is meestal geïntegreerd met het batterijbeheersysteem om efficiënt elke afzonderlijke cel te beheren.

Batterijkoelsysteem

Net zoals de batterij van je telefoon of laptop warm wordt bij gebruik, geldt hetzelfde voor accu's. Vanwege hun omvang kunnen de batterijen van elektrische auto's veel warmte genereren die moet worden afgevoerd. Dit is de verantwoordelijkheid van het batterijkoelsysteem. Doorgaans bestaat dit uit een gesloten koelmiddel dat de warmte van de batterijcellen kan afvoeren en deze in de lucht kan verspreiden.

Batterijbeschermhoes

Tot slot heeft de batterij een fysieke structuur nodig om al zijn componenten bij elkaar te houden. Dit is de rol van de batterijbeschermingsbehuizing. Hoewel de functie ervan eenvoudig kan zijn, moet het ontwerp ervoor zorgen dat het luchtdicht, waterdicht, brandwerend en bestand is tegen verschillende schokken en trillingen, waardoor de techniek veel complexer is dan het op het eerste gezicht lijkt.

Wie fabriceert het?

Omdat de productie van accu's zo'n intensieve activiteit is op het gebied van middelen en kapitaal, is het grootste deel van 's werelds batterijproductie geconcentreerd in handen van enkele bedrijven.

De toonaangevende fabrikant van accu's voor elektrische voertuigen ter wereld is CATL (Contemporary Amperex Technology Co. Limited), een Chinees bedrijf met ongeveer 34% van het totale marktaandeel van EV-batterijen. Dit is niet verrassend gezien het feit dat China 70% van de productiecapaciteit voor kathodes en 85% voor anodes heeft, en dat meer dan de helft van de ruwe mineralen die worden gebruikt voor het maken van een accu ook uit China komt.

De op een na grootste fabrikant is LG Energy Solution, die 14% van het marktaandeel heeft. Onlangs kondigden ze een partnerschap aan met Honda om $4,4 miljard te investeren in de bouw van een fabriek voor de productie van accu's voor elektrische voertuigen in de VS, die naar verwachting rond 2025 in productie zal gaan.

's Werelds derde fabrikant is BYD, een Chinees bedrijf met een marktaandeel van 12%. In tegenstelling tot veel van zijn concurrenten is BYD ook een fabrikant van elektrische voertuigen, wat betekent dat het grotendeels in zijn eigen behoeften kan voorzien op het gebied van accu's en EV-systemen.

De VS, Japan en Korea vormen de rest van de markt voor accu's en zijn respectievelijk goed voor 7%, 11% en 14% van de wereldwijde productie van elektrische voertuig batterijen.

Het is duidelijk uit het bovenstaande dat China de dominante speler is in de productie van accu's. Hoewel de VS en de EU proberen binnenlandse productie te ontwikkelen via hun initiatieven in de publieke sector, zal China waarschijnlijk de belangrijkste leverancier van accu's voor elektrische voertuigen blijven tot ten minste 2030.

Vraag- en aanbodkloof

Onder invloed van de explosieve groei van elektrische mobiliteit worden EV-fabrikanten geconfronteerd met enkele uitdagingen bij het vinden van de nodige grondstoffen voor het maken van een EV, met name accu's.

Sinds het begin van 2020 heeft de auto-industrie te maken met voortdurende tekorten aan computerchips, die blijven doorwerken op de prijzen en de kosten van het maken van een EV. Bovenop de bestaande lithiumtekorten dreigt er nu een tekort aan mineralen, ditmaal grafiet.

Grafiet is het belangrijkste component van de anode van een accu, en tekorten kunnen de kosten van de productie van accu's nog verder verhogen.

De toekomst van de accu's voor elektrische voertuigen

Met nieuws over tekorten en prijsstijgingen aan alle kanten, vraag je je misschien begrijpelijk af hoe de toekomst van de accu van een elektrisch voertuig eruitziet.

Naast het delven van meer grondstoffen is een veelbelovende weg de recycling van accu's, waarbij veel van de mineralen uit oude accu's worden teruggewonnen en hergebruikt voor de productie van nieuwe batterijen. Dit kan niet alleen veel van de huidige tekorten verlichten, maar maakt de productie van accu's ook veel duurzamer.

Naast recycling belooft nieuw onderzoek de prestaties van electrische voertuig accu's te verbeteren, waardoor ze efficiënter worden en bijgevolg minder grondstoffen gebruiken.

De productie van elektrische voertuig accu's is een complex proces dat gebruikmaakt van materialen die steeds schaarser worden en expertise vereist die maar weinig fabrikanten bezitten. Dat gezegd hebbende, vooruitgang op het gebied van batterijrecycling en onderzoek naar efficiëntere batterijen, gecombineerd met beleidsinspanningen om de productie wereldwijd te stimuleren, zouden ervoor moeten zorgen dat accu betaalbaar en beschikbaar blijven voor de komende jaren.

Als je meer wilt weten over de accu's van elektrische voertuigen, bekijk dan onze speciale artikelen over hoeveel ze kosten of hoe ze kunnen worden gerecycled.