Dankzij de opmars van LFP-accu’s en natrium-ion accu’s kunnen EV’s goedkoper en duurzamer worden. De keerzijde: ontwikkeling en productie van deze accu’s wordt opnieuw gedomineerd door Chinese bedrijven.
Lithiumijzerfosfaat
Ford CEO Charles Poon verraste in februari van dit jaar met de mededeling dat zijn bedrijf in de Amerikaanse staat Michigan $3.5 miljard investeert in een gigafabriek met een capaciteit van 35 GW/h per jaar, voor de productie van LFP (lithiumijzerfosfaat) accu’s. De Amerikaanse automaker wil vanaf 2026 LPF-pakketten uit deze fabriek gebruiken voor een nieuwe, elektrische versie van de zeer populaire F-150 pick-up. Als de plannen doorgaan, wordt dit de eerste LFP-fabriek in de VS. Het is wel een beetje wrang voor de Amerikanen dat Ford zijn fabriek moet bouwen met technologie van het Chinese bedrijf CATL. De LFP-technologie werd namelijk in de jaren negentig van de vorige eeuw in Amerika ontwikkeld door de accu-pionier en Nobelprijswinnaar John Goodenough.
Poon benadrukte in een persconferentie de voordelen van de LFP-chemie in vergelijking met de gangbare lithium-ion accu’s van het type NMC (nikkelmangaankobalt). Accu’s met een kathode van lithium, ijzer en fosfaat bevatten geen nikkel en geen kobalt. Die materialen zijn niet alleen duur maar ook allesbehalve duurzaam. Indonesië en de Filipijnen slopen hun tropische oerwouden voor de winning van nikkel. De aanvoer van nikkel uit Rusland is duur en onbetrouwbaar. Kobalt komt voor 70 procent uit de Kongo waar de productie gebruik maakt van kinderarbeid en vrijwel volledig in Chinese handen is. Het vermijden van nikkel en kobalt betekent lagere kosten, minder milieuschade en een stabielere bevoorradingsketen. Het resultaat is dan een schonere en goedkopere EV.
De baas van Ford wees op nog een aantal andere voordelen. LPF-accu’s kunnen aanzienlijk sneller en vaker opladen en zijn minder brandgevaarlijk dan NMC-accu’s. Dat laatste betekent dat de LFP-cellen in een accupakket kunnen volstaan met een minder zware pakking. Die lichtere pakking compenseert enigszins voor de lagere energiedichtheid van de LFP-cellen. Een ander nadeel van de LPF is dat deze accu’s nog slechter dan gangbare lithium-ion batterijen bestand zijn tegen zeer lage temperaturen. En dan is er misschien nog een minpunt: omdat deze accu’s geen kobalt en geen nikkel bevatten wordt het financieel een stuk minder aantrekkelijk ze te recyclen.
LFP-accu’s moeten met hun energiedichtheid van maximaal 160 Wh/kg wat vaker opladen dan een NMC-accu die een dichtheid kan hebben van 350 Wh/kg. Daar staat tegenover dat LFP-accu’s zonder problemen tot 100 procent worden opgeladen, iets wat niet aan te raden is bij NMC. Dat LFP een wat lager bereik levert is geen probleem voor personenwagens en kleine vrachtwagens die niet of nauwelijks grote afstanden afleggen. De goedkopere accu’s zijn bijvoorbeeld aantrekkelijk voor de wagenparken van bedrijven die in stedelijke gebieden post en pakketten bezorgen of voor kleinere EV’s die uitsluitend wordt gebruikt voor het doen van boodschappen, woon-werk verkeer en het naar school brengen van de kinderen. Volgens marktanalist Bloomberg is de LFP accu in het gebruik per kWh uur 20 procent goedkoper dan de NMC- accu.
LFP is inmiddels een gearriveerde technologie. De schattingen over het percentage EV’s dat inmiddels gebruik maakt van LFP lopen uiteen van zeventien tot dertig procent. Meer dan negentig procent van deze accu’s wordt gemaakt in China. CATL, de grootste producent van accu’s in de wereld, neemt daarvan het leeuwendeel voor zijn rekening. Bijna de helft van alle Chinese EV’s, met name de kleinere modellen, maken nu gebruik van LFP. Ook Tesla levert zijn Model 3 in China reeds met een LFP-accu die de wagen een bereik geeft van 490 kilometer. Met een NMC-accu heeft de Model 3 een bereik van iets meer dan 600 kilometer. Elon Musk, CEO van Tesla, zegt dat zijn bedrijf binnen afzienbare tijd ook in de VS en Europa auto’s zal maken met LFP-accu’s.
Europa loopt deze keer een stapje voor op Amerika: ElevenEs opende reeds in april van dit jaar de eerste Europese fabriek voor LFP-cellen in het Servische Subotica. De fabriek zal in eerste instantie ‘samples’ leveren aan potentiële klanten. Voor 2026 moet de installatie dan uitdijen tot een fabriek met een bescheiden productiecapaciteit van 500 MWh per jaar. Verschillende Europese automakers hebben plannen aangekondigd om LFP-accu’s te gebruiken in hun EV’s. Volkswagen is van plan al zijn kleinere elektrische auto’s uit te rusten met LFP. Elektrische Volkswagens met een groter bereik – tot 450 kilometer – blijven gebruik maken van de bekende NMC- chemie. Ook BMW en Mercedes willen LFP gaan gebruiken.
De Koreaanse en Japanse fabrikanten van lithium-ion cellen lijken de grote verliezers bij de opmars van de LFP-accu’s. Zuid-Korea en Japan domineren al jarenlang samen met China de markt voor lithium-ion accu’s, maar moeten nu met lede ogen toezien hoe hun NMC-accu’s een fors deel van de markt verliezen aan LFP, een technologie waarin ze weinig expertise hebben. Zo annuleerde GM recentelijk de plannen om samen met het Koreaanse LG Energy Solutions in de VS een gigafabriek voor NMC-accu’s te bouwen. De reden? De Amerikaanse automaker zou overwegen om met technologie van CATL in de VS een gigafabriek voor LFP te gaan bouwen.
Natrium accu
Geen kobalt en geen nikkel. Kan het ook nog zonder lithium? Jazeker, in de natrium-ion accu bewegen geen lithium-ionen maar natrium-ionen heen en weer tussen de kathode en de anode. De kathode bestaat dan uit een structuur van gesmolten zouten en aluminium wol en de anode is van natrium. Zo’n accu kan in principe nog vaker worden opgeladen dan de LFP-accu en is weer een stuk goedkoper dan accu’s die wel lithium gebruiken. Terwijl de prijs van zeer zuivere lithiumcarbonaat kan oplopen tot wel €80.000 per ton, kost natriumcarbonaat (ook wel soda) rond de €300 per ton.
Het hoeft niemand te verbazen dat China ook met afstand koploper is in de ontwikkeling en de productie van natrium-ion accu’s. Volgens Benchmark Minerals, het adviesbureau met de beste kijk op de ontwikkeling van de EV-markt, bestaan in China reeds plannen voor de bouw van 16 fabrieken voor dit type accu. De Chinezen hebben daarbij het voordeel dat de productie van natrium-ion accu’s grotendeels gebruik maakt van dezelfde apparatuur die ook benut wordt voor de productie van lithium-ion accu’s. De Chinese bedrijven CATL en BYD beloven nog dit jaar natrium-ion accu’s in massaproductie te zullen nemen. BYD, de grootste maker van EV’s in de wereld met een aandeel van bijna 19 procent, wil begin 2024 een EV’s in de verkoop hebben met een natrium-ion accu.
Volgens de schaarse informatie die CATL openbaart presteert de lithium-loze accu aanzienlijk beter bij lage temperaturen dan de lithium-ion accu en is tevens sneller op te laden. CATL is daarom van plan natrium-ion en lithium-ion cellen te combineren in nieuwe accu-pakketten. Zo’n hybride accu-pakket combineert dan de hogere energiedichtheid van de lithium-ion met de lagere kosten, de langere levensduur en de betere koud bestendigheid van natrium-ion technologie. De energiedichtheid van lithium-ion bedraagt 280-350 Wh/kg. De eerste generatie natrium-ion accu’s van de Chinezen heeft een energiedichtheid van 160Wh/kg. CATL zegt dit binnen afzienbare tijd op te kunnen krikken tot 200 Wh/kg.
Door hun lagere energiedichtheid per gewicht en volume zijn de natrium-ion accu’s in de eerste plaats geschikt voor statische toepassingen waar gewicht en volume geen probleem zijn. Volgens de New York Times experimenteren Chinese elektriciteitsproducenten reeds met het gebruik van natrium-ion accu’s voor de opslag van stroom die opgewekt wordt door zonnepanelen en windturbines. Toch zijn het niet alleen de Chinezen die met natrium werken. Ook het Britse bedrijf Faradion heeft natrium-ion accu’s ontwikkeld die geschikt zijn voor statische toepassingen. In december 2022 installeerde Faradion zijn eerste accu’s voor de opslag van elektriciteit bij een project in Australië.
Het is moeilijk het belang van de natrium-ion accu te overschatten. Adviesbureau Precedence Research verwacht dat de totale markt van dit type accu in de periode tussen nu en 2030 zal groeien van €0.9 miljard naar €4.7 miljard. Het leeuwendeel daarvan zal dan gebruikt worden voor de opslag van wind- en zonne-energie en een kleiner deel voor EV’s. Dat betekent wel dat de opkomst van deze technologie de verwachte vraag naar lithium aanzienlijk kan temperen en dat resulteert dan in goedkopere lithium, goedkopere lithium-ion accu’s en uiteindelijk goedkopere EV’s.
China domineert
China is en blijft de dominante speler op het gebied van batterij-technologie voor EV’s. Het land produceert volgens Bloomberg momenteel 70 procent van alle kathodes, 90 procent van alle anodes en 75 procent van alle elektrolyten voor lithium-ion accu’s. Bovendien levert het 75procent van alle lithiumcarbonaat en 75 procent van alle kobaltsulfaat dat nodig is voor dit type accu’s. Wie denkt dat de komst van nieuwe accu-technologieën de hegemonie van China zal doorbreken, moet dit artikel nog even goed nalezen. De twee meest veelbelovende ontwikkelingen op dit gebied –– LFP en natrium-ion –– worden eveneens gedomineerd door Chinese bedrijven. Europa en de VS zullen enorme investeringen moeten doen om ook maar iets minder afhankelijk te worden van China.
