Solid-state-batterijen worden vaak gepresenteerd als de volgende grote doorbraak voor elektrische auto’s, met de belofte van een grotere actieradius, sneller opladen, meer veiligheid en wellicht lagere kosten.

Maar Robin Zeng Yuqun, oprichter en voorzitter van CATL, ’s werelds grootste fabrikant van accu’s voor elektrische auto’s, heeft dat optimisme met beide benen op de grond gezet. En als zo’n autoriteit zich uitspreekt, is het de moeite waard om te luisteren.

Nog lang geen grootschalige toepassing

In een interview met het Chinese zakenblad Caijing zei Zeng dat echte solid-state-batterijen nog lang niet klaar zijn voor grootschalige toepassing en dat het “zeer onwaarschijnlijk” is dat er vóór 2030 een miljoen auto’s met deze batterijen op de weg zullen rijden.

Zijn waarschuwing is belangrijk omdat CATL geen toeschouwer is die een concurrerende technologie afdoet als onbelangrijk. Het belangrijkste verschil is dat Zeng het had over “echte” solid-state-batterijen, en niet over de halfvaste of hybride ontwerpen die al in sommige Chinese voertuigen worden toegepast.

Een echte solid-state-batterij vervangt de vloeibare elektrolyt in de huidige lithium-ioncellen door een vaste elektrolyt. In theorie zou dit kunnen leiden tot een hogere energiedichtheid, verbeterde brandveiligheid en lithiummetaalanodes die meer energie kunnen opslaan in dezelfde ruimte.

Miljoenen cellen goedkoop produceren

In de praktijk gaat het echter niet om het maken van één indrukwekkende laboratoriumcel. Het gaat erom miljoenen cellen goedkoop, veilig en consistent te produceren, en vervolgens aan te tonen dat ze jarenlang bestand zijn tegen trillingen, hitte, snelladen, vriestemperaturen en herhaaldelijke laad- en ontlaadcycli in echte auto’s.

Zeng wees op het grensvlak tussen vaste stoffen als een centraal probleem: ionen moeten zich soepel verplaatsen tussen vaste materialen die van nature geen perfect contact met elkaar maken.

CATL schat de stand-of-the-art van solid-state-batterijen momenteel in op niveau 4 op een negenpuntsschaal voor technologische rijpheid, wat betekent dat de technologie zich nog in de ontwikkelingsfase bevindt en nog lang niet klaar is voor de massamarkt.

Dat betekent niet dat solid-state-technologie ten dode is opgeschreven. Het betekent dat de ontwikkeling waarschijnlijk minder spectaculair verloopt dan de krantenkoppen doen vermoeden. Toyota mikt op praktisch gebruik van elektrische auto’s rond 2027 of 2028, met ondersteuning van Sumitomo Metal Mining en Idemitsu Kosan op het gebied van essentiële materialen.

Nissan wil in het boekjaar 2028 elektrische auto’s met eigen all-solid-state-batterijen op de markt brengen en bereidt momenteel een proefproductielijn voor in Yokohama. Honda heeft in Japan een demonstratieproductielijn geopend om de methoden en kosten voor massaproductie te testen. Samsung SDI zegt te streven naar massaproductie van all-solid-state-batterijen in 2027.

Europa en de VS gaan vooruit

Ook Europese en Amerikaanse projecten maken de overstap van laboratoriumproeven naar de praktijk. Mercedes-Benz heeft een EQS-prototype met een solid-state-accu getest en wil de technologie tegen het einde van dit decennium in serieproductie nemen.

BMW test grootformaat all-solid-state-cellen van Solid Power in een i7. PowerCo, de batterijtak van Volkswagen, heeft een licentieovereenkomst met QuantumScape die uiteindelijk een jaarlijkse productie van 40 GWh mogelijk zou kunnen maken, uitbreidbaar tot 80 GWh, mits aan de technische mijlpalen wordt voldaan. Stellantis is begonnen met het testen op de weg van een Dodge Charger Daytona-ontwikkelingsvoertuig met all-solid-state-cellen van Factorial.

De race is dus echt, maar de woordkeuze is belangrijk. “Praktijktests”, “proefproductielijn”, “demonstratiemodel” en “eerste praktische toepassing” zijn niet hetzelfde als goedkope accu’s in miljoenen gezinsauto’s.

Het tijdschema van BYD zelf, met demonstraties rond 2027 en een bredere toepassing pas na 2030, vormt een nuttig referentiepunt. Het sluit nauw aan bij de waarschuwing van CATL en is daar niet mee in tegenspraak.

Voor de gemiddelde bestuurder van een elektrische auto zal de realiteit na 2030 waarschijnlijk niet zijn dat elke auto plotseling wordt uitgerust met een solid-state-accu. De eerste modellen zullen waarschijnlijk verschijnen in dure auto’s, modellen met een groot bereik en sportieve auto’s, waar het lagere gewicht, de hogere energiedichtheid en de mogelijke voordelen op het gebied van snelladen de kosten rechtvaardigen.

Kleiner en lichter accupakket

Een elektrische auto uit het topsegment zou met een kleiner en lichter accupakket hetzelfde bereik kunnen halen, of een groter bereik zonder dat er een grotere accu nodig is. De veiligheid kan toenemen omdat vaste elektrolyten over het algemeen minder brandbaar zijn dan vloeibare, maar een volledig accupakket blijft een complex systeem met een hoge energiedichtheid en is dus geen risicovrij apparaat.

Voor bestuurders uit het massasegment kan het langer duren voordat de voordelen merkbaar worden. Als solid-state-cellen duur blijven, zijn LFP-batterijen wellicht nog steeds de betere keuze voor betaalbare elektrische auto’s; deze zijn goedkoop, duurzaam, kobaltvrij en worden al op grote schaal geproduceerd.

Natrium-ionbatterijen zouden interessant kunnen worden voor auto’s met een korte actieradius, tweewielers, gebruik bij koud weer en stationaire opslag, omdat ze de afhankelijkheid van lithium verminderen. Nikkelrijke NMC- en mangaanrijke batterijen kunnen nuttig blijven wanneer een hoge energiedichtheid zwaarder weegt dan de kosten.

Er bestaat ook een veelvoorkomende misvatting: ‘solid-state’ is geen chemische samenstelling in dezelfde zin als NMC, LFP of natrium-ion dat zijn. Het is vooral een architectuur die is opgebouwd rond een vaste elektrolyt.

Een toekomstige solid-state-batterij zou nog steeds gebruik kunnen maken van lithium, nikkelrijke kathodes of andere materialen. De sector kiest dus niet simpelweg tussen “solid-state” en “LFP”, maar tussen talrijke combinaties van kathode, anode, elektrolyt, kosten, veiligheid, duurzaamheid en toeleveringsketen.

Het duurt nog jaren voordat we kunnen meedoen

Het Internationaal Energieagentschap heeft er ook op gewezen dat de productievolumes van solid-state-batterijen in het begin waarschijnlijk beperkt zullen zijn en dat het na de eerste introductie nog jaren kan duren voordat de technologie qua kosten kan concurreren met de huidige lithium-ionbatterijen.

Dat is een hoge lat, want conventionele batterijen worden nog steeds beter. LFP-batterijen worden steeds beter, NMC-batterijen krijgen een hogere energiedichtheid, er komen LMFP- en mangaanrijke chemieën op de markt en natrium-ion-batterijen maken de overstap van veelbelovend concept naar daadwerkelijke productie.

Er ligt ook geen andere voor de hand liggende 'wonderbatterij' op de loer net achter de solid-state-batterij. Lithium-zwavel-, lithium-lucht-, metaal-lucht- en andere geavanceerde chemische samenstellingen beloven op papier aanzienlijke voordelen, met name wat betreft gewicht, grondstofverbruik of theoretische energiedichtheid.

Maar de meeste technologieën staan nog veel verder af van massaproductie in de automobielsector dan solid-state-technologie, met onopgeloste problemen op het gebied van levensduur, vermogen, efficiëntie, veiligheid, behuizing of kosten.

De komende tien jaar zal de grootste verandering dan ook waarschijnlijk voortkomen uit een opeenstapeling van verbeteringen in plaats van één spectaculaire vervanging: betere LFP- en LMFP-batterijen, mangaanrijke kathodes, siliciumrijke anodes, natrium-ion-batterijen voor specifieke toepassingen, halfvaste cellen en, uiteindelijk, enkele echte solid-state-batterijen waar de economische haalbaarheid in de pas loopt.