Even de accu opwarmen om snel te kunnen opladen

Techniek Hoe laad je een elektrische auto zo snel mogelijk op? Misschien wel door simpelweg even voorverwarmen.

Illustratie van een snel ladende batterij van de onderzoekers.
Illustratie van een snel ladende batterij van de onderzoekers. Foto Chao-Yang Wang Group

Een van de grote problemen met elektrische auto’s is het laden van de batterij. Dat duurt veel langer dan het tanken van benzine. In theorie kunnen moderne batterijen in tien minuten zijn opgeladen, maar daarbij raken ze zo beschadigd dat de levensduur sterk afneemt. De oplossing: de batterij voorverwarmen en na tien minuten weer afkoelen, schrijven onderzoekers van de Amerikaanse Pennsylvania State University woensdag in het wetenschappelijke tijdschrift Joule.

Bij de meeste elektrische auto’s duurt het opladen enkele uren. Sommige modellen hebben een snellaadoptie van 30 tot 45 minuten. Maar ook dat is beduidend langzamer dan tanken.

De onderzoekers uit Pennsylvania testten hun methode op lithium-ion-batterijen, die veel gebruikt worden in elektrische auto’s. De batterij bestaat uit drie onderdelen: een kathode (de plus-pool); de anode (min); en daartussen de elektrolyt, dat de lithium-ionen van plus naar min geleidt.

Moet de batterij sneller opladen, dan moeten de ionen er als het ware harder doorheen worden geduwd. Oftewel, het voltage moet omhoog. Daar zit alleen een limiet op. Bij een te hoge spanning raakt de elektrolyt beschadigd. Bovendien hoopt zich tijdens het snelladen lithiummetaal op bij de anode. Dat doet de levensduur van de batterij flink afnemen.

Lagere weerstand

De oplossing ligt in het verlagen van de weerstand. En dat kan onder andere door de temperatuur van de batterij te verhogen. „Eigenlijk een heel triviale oplossing”, zegt Marnix Wagemaker, hoogleraar elektrochemische energieopslag aan de TU Delft. „In warm water lost bijvoorbeeld zout ook beter op dan in koud water, omdat de ionen makkelijker bewegen. Voor de ionen in deze lithiumbatterij geldt precies hetzelfde.”

Waarom is dit dan niet eerder geprobeerd? Wagemaker: „Omdat de elektrolyt ook eerder beschadigd raakt bij hoge temperaturen. De onderzoekers hebben echter een optimum gevonden: als je alleen tijdens de tien minuten extra snel laden de batterij opwarmt tot 60 graden, valt de schade aan de batterij mee en behoud je grotendeels de lange levensduur. Het concept dat je kan spelen met dit compromis is hier erg belangrijk.” Na tien minuten wordt de batterij weer afgekoeld, en dat lijkt in de proeven van de onderzoekers zonder al te veel problemen te gebeuren.

Chao-Yang Wang, een van de auteurs van de publicatie, verwacht dat de methode snel getest kan worden op echte batterijen voor elektrische voertuigen. „We hebben met materialen en batterijonderdelen getest die de industrie ook gebruikt”, zo licht hij toe in een e-mail.

Toch heeft de methode nog veel haken en ogen, zegt Wagemaker. „Bij een anode van een ander materiaal dan grafiet, zoals in deze batterijen, kan het zomaar zijn dat een toename in temperatuur helemaal niet zo voordelig is.” En hoe warm je een Tesla-batterij van een paar honderd kilo snel op? „Dat moet snel,”, zegt Wagemaker, „anders heb je niks aan de tijdswinst van het laden.” De vraag is dan hoe zo’n grote föhn praktisch in een laadpaal verwerkt kan worden.