Door Jeroen Horlings

Redacteur

Elektrische auto's en hun accu

Achilleshiel of stille kracht?

Accuchemie, laadsnelheid en levensduur

Vaak worden alle elektrische auto's over één kam geschoren. Veelgehoorde claims op sociale media zijn 'je kunt er niet ver mee rijden' en 'de accu is binnen enkele jaren versleten'. Nog los van de vooroordelen die in die stellingen schuilen, is de ene auto simpelweg de andere niet. Er zijn tientallen accufabrikanten, die verschillende chemische samenstellingen gebruiken. De meeste leveranciers zitten in Azië, met name in Japan, Zuid-Korea en China. Denk bijvoorbeeld aan Panasonic, LG Chem, AESC, Axeon, SK en Samsung SDI.

Autofabrikanten hebben vaak vaste, meerjarige overeenkomsten met leveranciers. Momenteel zijn verschillende Europese fabrikanten, zoals BMW en Volkswagen, bezig met het opzetten van eigen accufabrieken, vergelijkbaar met die van Tesla's Gigafactory in samenwerking met Panasonic. Ook de politiek hecht daar belang aan, want anders zou de Europese auto-industrie volledig afhankelijk zijn van Azië.

De accucellen van de Opel Ampera-E / Chevrolet Bolt

Soorten

Er is niet één type li-ionaccu, maar er zijn verschillende chemische samenstellingen, met ieder weer afwijkende eigenschappen op het vlak van veroudering, geschiktheid voor snelladen op hoog vermogen en de verschillende energiedichtheden. We kunnen ze grofweg onderverdelen in drie hoofdsoorten: LMO, NCA en NCM. Binnen iedere soort zijn weer variabelen; zo varieert de verhouding tussen de hoeveelheden nikkel en kobalt. In de tabel hieronder zie je de belangrijkste eigenschappen en een vergelijking met LCO-accu's die veel in smartphones en laptops worden gebruikt.

LCO LMO NCA NCM
Betekenis Lithium Cobalt Oxide Lithium Manganese Oxide Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide
Afkorting LiCoO2 LiMn2O4 LiNiCoAlO2 LiNiMnCoO2
Spanning (nominaal) 3,6V 3,8V 3,6V 3,7V

LCO - Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2)
Vooral in laptops, smartphones en camera's worden LCO-accucellen gebruikt. Deze hebben een kathode van cobaltoxide en een anode van grafiet. Accucellen met deze chemische samenstelling kunnen over het algemeen niet goed tegen snelladen. Ze mogen ook niet warmer worden dan tachtig graden Celsius. Het nadeel van LCO-accu's is de relatief korte levensduur. Al na enkele jaren gebruik is de capaciteit merkbaar afgenomen en na een jaar of vijf kan het voorkomen dat hij niet meer goed functioneert.

LMO - Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4)
Van alle autoaccu's hebben LMO-accu's een samenstelling die het meest lijkt op die van LCO, hoewel de chemie anders is. In plaats van kobalt wordt mangaan gebruikt. In vergelijking met LCO is dit type accu beter bestand tegen snelladen, hoewel ook deze cellen niet warmer mogen worden dan tachtig graden Celsius. Onder andere Nissan en Renault gebruiken LMO-accu's in hun ev's en ook Tesla zou in de eerste Roadster uit 2008 LMO-cellen gebruiken, volgens onbevestigde bronnen, zij het in combinatie met koeling.

NCA - Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (LiNiCoAlO2)
Tesla was in 2008 de eerste die NCA-accu's in een auto gebruikte. Het ging toen om 18650-cellen in de Roadster, maar deze worden vandaag de dag nog steeds gebruikt in de Model S en X. Voor de Model 3 worden 2170-cellen gebruikt die een iets andere vorm en hogere energiedichtheid hebben, maar nog steeds op basis van NCA. De hoeveelheid kobalt is wel flink afgenomen ten opzichte van eerdere generaties, wat gecompenseerd wordt door een grotere hoeveelheid nikkel. Ook Volkswagen, Hyundai en Kia gebruiken NCA-accu's, maar dan in de platte pouch-vorm in plaats van ronde cellen. NCA-cellen kenmerken zich door een lange levensduur en hoge energie- en vermogensdichtheden. Dit type accu bestaat voornamelijk uit nikkel voor de twee elektrodes, maar het toevoegen van kobalt en aluminum draagt bij aan de levensduur en stabiliteit. De kosten zijn wel hoger dan die van LMO-accu's.

NCM - Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (LiNiMnCoO2)
Een relatief nieuwe samenstelling is NCM. Dit is een variant op NCA, waarbij mangaan wordt gebruikt in plaats van aluminium. Dit zou de energiedichtheid ten goede komen, wat gewicht kan besparen. Ook is er wat minder kobalt nodig dan bij NCA-accu's, al zijn er verschillende samenstellingen in omloop. Die samenstelling wordt uitgedrukt in de verhouding van nikkel, mangaan en kobalt in de kathode: bijvoorbeeld 5:3:2, 6:2:2 en 8:1:1. NCM-cellen worden momenteel gebruikt in de Jaguar I-Pace en naar verluidt ook in de Kia e-Niro. Tesla gebruikt ze ook in zijn PowerWall, maar nog niet in auto's.

Accudegradatie in tijd, van respectievelijk een 24kWh-Leaf (LMO-accu) en een 85kWh-Model S (NCA-accu met koeling)

Levensduur

De mate van veroudering van li-ioncellen is afhankelijk van de chemische samenstelling, maar ook van andere variabelen, zoals het vermogen waarmee wordt snelgeladen, het aantal laadcycli, of de cellen regelmatig diep ontladen en maximaal volgeladen worden, en of de cellen gekoeld worden tijdens het snelladen. Dat laatste is niet onbelangrijk, want snelladen op hoog vermogen leidt tot veel warmte en juist dat is slecht voor li-ionaccu's.

Er lijkt een duidelijke correlatie te zijn tussen auto's met actieve koeling en ev's die daar niet over beschikken. Zo gebruiken de Renault Zoe en Nissan Leaf LMO-accucellen. De Zoe gebruikt luchtkoeling, de Leaf heeft tot dusver geen actieve koeling. Praktijkresultaten van gebruikers zelf tonen aan dat deze accu's sneller verouderen dan de NCA-accu's met actieve vloeistofkoeling die Tesla sinds 2012 gebruikt. Die laatste hebben zelfs na jaren en honderdduizenden kilometers vaak maar last van vier tot acht procent capaciteitsverlies. Veel andere ev's zijn nog niet zo lang op de markt, waardoor het momenteel nog lastig is om iets over veroudering te zeggen. Wel is vaak te achterhalen wat voor type accucellen wordt gebruikt en of de auto van actieve koeling is voorzien of niet.

De mate van accuveroudering is op twee manieren te testen. De eerste is simpelweg op basis van het aantal kilometers dat wordt weergegeven als de auto voor negentig of honderd procent is volgeladen. Dit aantal neemt in de loop der jaren langzaam af. Een tweede methode is nog iets accurater. Door de auto helemaal vol te laden en vervolgens zo ver mogelijk leeg te rijden en weer vol te laden. Zo is het totale aantal verbruikte kWh's te zien of te berekenen. Sommige auto's tonen die waarde standaard, maar het is ook te zien bij snelladers of zelf te berekenen op basis van het aantal afgelegde kilometers en het gemiddelde Wh-verbruik. Idealiter moet deze test in de zomer plaatsvinden, wanneer het bereik maximaal is. Overigens is het essentieel om een nulmeting uit te voeren als de auto nieuw is, anders heb je niets om mee te vergelijken.

Tesla gebruikt het koelmiddel propyleenglycol voor het actief koelen van de accucellen. Zoals aan de bovenstaande afbeelding te zien is, wordt iedere individuele cel gekoeld. Beeld: George Bower, InsideEVs

Laadsnelheid

Zoals gezegd is ook de laadsnelheid een factor in het verouderingsproces. Net als bij telefoons levert snelladen veel hitte op, soms gedurende lange tijd. Langzaam laden is in principe beter voor de levensduur van de cellen, al is dat dus ook afhankelijk van het thermisch management. Het probleem is dat slijtage door hitte onherstelbaar is; verloren capaciteit komt nooit meer terug. Klimaat is dus ook een factor bij ev's. In zeer warme gebieden, zoals Zuid-Europa of de woestijn, zal een accu meer te lijden hebben van hoge temperaturen dan in onze regio. Sommige ev's kunnen overigens ook automatisch accu's koelen als een auto stilstaat en het erg warm is, al kost dit veel energie.

Momenteel kunnen ev's snelladen met een vermogen van 50 tot 150kW; dit verschilt sterk per merk en model. Zo laadt een Nissan Leaf bijvoorbeeld met maximaal 50kW, kunnen een Hyundai Kona en Jaguar I-Pace met 100kW overweg, en laden Tesla's via Superchargers met 120kW. De nieuwste ev-generatie, zoals de Audi e-tron, kan met 150kW laden en in 2019 komt Porsche met de Taycan, die volgens eigen zeggen met 350kW overweg kan. Hoe hoger het vermogen, des te sneller de accu weer vol is. Zo zou je de Taycan met een vermogen van 350kW in grofweg vijftien minuten tot tachtig procent kunnen opladen. Boven de tachtig procent neemt de laadsnelheid bij alle auto's af. Ev's zonder actieve koeling, zoals het huidige model Nissan Leaf, passen het laadvermogen automatisch aan als onlangs veel gebruik is gemaakt van snelladers. Dit voorkomt slijtage, maar heeft als nadeel dat een roadtrip langer duurt, omdat de laadtijd steeds verder oploopt.

In de toekomst zal het vermogen waarmee je kunt snelladen verder opgevoerd worden richting 350kW tot 1MW en meer. Voor accu’s is dit een uitdaging, omdat snelladen door hittevorming dendrieten in het elektrolyt stimuleert - vertakkingen die door het laden en ontladen steeds groter worden. Dat kan leiden tot meer interne weerstand en zelfs beschadigde elektrodes, waardoor de effectieve capaciteit afneemt. In extreme gevallen kan het zelfs kortsluiting in een cel veroorzaken. Met betere koeling kan dit deels ondervangen worden, maar op zeer hoog vermogen snelladen is voor wat betreft de levensduur van een accu verre van ideaal.

Tweakers maakt gebruik van cookies

Tweakers plaatst functionele en analytische cookies voor het functioneren van de website en het verbeteren van de website-ervaring. Deze cookies zijn noodzakelijk. Om op Tweakers relevantere advertenties te tonen en om ingesloten content van derden te tonen (bijvoorbeeld video's), vragen we je toestemming. Via ingesloten content kunnen derde partijen diensten leveren en verbeteren, bezoekersstatistieken bijhouden, gepersonaliseerde content tonen, gerichte advertenties tonen en gebruikersprofielen opbouwen. Hiervoor worden apparaatgegevens, IP-adres, geolocatie en surfgedrag vastgelegd.

Meer informatie vind je in ons cookiebeleid.

Sluiten

Toestemming beheren

Hieronder kun je per doeleinde of partij toestemming geven of intrekken. Meer informatie vind je in ons cookiebeleid.

Functioneel en analytisch

Deze cookies zijn noodzakelijk voor het functioneren van de website en het verbeteren van de website-ervaring. Klik op het informatie-icoon voor meer informatie. Meer details

janee

    Relevantere advertenties

    Dit beperkt het aantal keer dat dezelfde advertentie getoond wordt (frequency capping) en maakt het mogelijk om binnen Tweakers contextuele advertenties te tonen op basis van pagina's die je hebt bezocht. Meer details

    Tweakers genereert een willekeurige unieke code als identifier. Deze data wordt niet gedeeld met adverteerders of andere derde partijen en je kunt niet buiten Tweakers gevolgd worden. Indien je bent ingelogd, wordt deze identifier gekoppeld aan je account. Indien je niet bent ingelogd, wordt deze identifier gekoppeld aan je sessie die maximaal 4 maanden actief blijft. Je kunt deze toestemming te allen tijde intrekken.

    Ingesloten content van derden

    Deze cookies kunnen door derde partijen geplaatst worden via ingesloten content. Klik op het informatie-icoon voor meer informatie over de verwerkingsdoeleinden. Meer details

    janee