Productie en uitdagingen van accucellen

Column Christian Wermeter (CinchSeal) 

Portret Chrisitan Wermeter CinchSeal portretToen de Nederlander Sibrandus Stratingh in 1835 het eerste elektrisch aangedreven voertuig ter wereld ontwikkelde, kon hij nauwelijks weten dat bijna 200 jaar later zijn uitvinding een wereldsucces zou worden. Inmiddels rijden in Nederland 45000 volledig elektrische en 94000 plug-in hybride auto's op de wegen en dit aantal groeit nog altijd fors. Dit betekent ook dat de vraag naar accu's in de toekomst verder zal stijgen en zowel het productievolume als ook de efficiëntie zal moeten toenemen. Een kilo accu kan max. 150 Wattuur (Wh) opslaan, tegenover 11000 Wh per kilo benzine. Maar wat zijn eigenlijk de uitdagingen bij de productie van accu's?

Een accucel bestaat uit een kathode, een anode, een separator en het zogenaamde elektrolyt. De negatieve anode is meestal van grafiet, maar de positieve kathode kan uit verschillende metalen bestaan zoals Lithium, Nikkel, Mangaan, Kobalt en Aluminium. Deze metalen worden in een bepaalde verhouding tot elkaar gemengd en met bindmiddel en additieven tot een suspensie verwerkt. Deze suspensie wordt onder vacuüm op een dunne aluminiumfolie gegoten en na het drogen tot accucellen verwerkt.

Tijdens het hele productieproces kan geen kwaliteitsbeoordeling plaatsvinden. Pas nadat de accucel helemaal in elkaar is gezet kan de kwaliteit van een hele charge kathodes worden getest. Dit gebeurt door deze cellen meerdere dagen lang met maximale spanning te ontladen en te herladen. Aan het einde van deze cyclus worden de capaciteit, de dichtheid, het spanningsverlies en andere kwaliteitsfactoren bepaald en krijgen de cellen een categorie, van A tot F. Alleen accu's van kwaliteitsklasse A mogen in elektrische auto's worden verbouwd. Voldoet de charge niet aan de eisen dan moeten de cellen, met verlies, voor de fabrikant voor een andere applicatie worden gebruikt, of worden vernietigd omdat er geen proces bestaat om eenmaal geproduceerde cellen weer op te breken en opnieuw te verwerken. Omdat er nog geen rendabel concept bestaat om accu's te recycleren, worden deze tegenwoordig in grote loodsen opgeslagen.

De belangrijkste factor voor de kwaliteit van een accu is de zuiverheid van het mengsel van metalen. Komen tijdens het productieproces van de suspensie vreemde molecules in het mengsel, bijvoorbeeld door een afdichting die slijtage aan de as veroorzaakt, dan zal de kwaliteit dalen en kunnen de accu's onbruikbaar worden. Daarvoor heeft CinchSeal de oplossing ontwikkeld, namelijk een dichting die geen slijtage van de as veroorzaakt en zowel abrasieve poeders als ook suspensies langdurig afdicht. De productie van batterijen wordt daardoor al een heel stuk efficiënter.

De volgende grote stap in deze sector is de introductie van solid-state cellen, die geen vloeibaar maar een vast elektrolyt hebben en daardoor veel lichter en dunner geproduceerd kunnen worden. Daardoor stijgt de capaciteit aanzienlijk en ook de veiligheid van de cellen zal een grote stap naar voren maken.