"Gigafabrieken" zouden op een dag miljoenen batterijen voor elektrische voertuigen in het VK kunnen produceren. De regering heeft het land al verplicht tot een verbod op de verkoop van nieuwe benzine- en dieselauto's tegen 2030, dus het lijkt erop dat elektrische voertuigen (of EV's, zoals ze vaak worden afgekort) waarschijnlijk een groot deel van het huidige wagenpark zullen vervangen.

De autofabrikant Nissan heeft beloofd de productie van elektrische voertuigen in zijn fabriek in Sunderland in het noordoosten van Engeland op te voeren, terwijl zijn industriële partner een fabriek voor elektrische batterijen in de buurt gaat bouwen. Ondertussen heeft Opels eigenaar Stellantis in Cheshire aangekondigd dat het £ 100 miljoen (US $ 139 miljoen) zal investeren in de bouw van elektrische bestelwagens en auto's in de fabriek in Ellesmere Port.

Hoe zullen al deze batterijen eruitzien? De meeste EV's gebruiken tegenwoordig lithium-ionbatterijen, maar deze hebben een aantal beperkingen. Gelukkig onderzoeken wetenschappers en ingenieurs een aantal manieren om deze uitdagingen te overwinnen die de drive om auto's om te zetten in elektriciteit een boost kunnen geven.

Lithium-ionbatterijen werden voor het eerst op de markt gebracht door Sony in 1991 en zijn de meest voorkomende oplaadbare batterij in voertuigen geworden, net als in mobiele telefoons en laptops. Ze zijn efficiënter en hebben een langere levensduur:tussen de 15 en 20 jaar, ongeveer drie keer zo lang als die van een traditionele loodzuuraccu. Cruciaal is dat lithium-ionbatterijen meer energie opslaan en ook veel lichter zijn, wat betekent dat een voertuig dat is uitgerust met een batterij minder energie verbruikt om te bewegen.

De batterijen wekken energie op door geladen deeltjes, ionen genaamd, heen en weer te bewegen tussen twee elektroden. Wanneer de batterij is opgeladen, gaan lithiumionen van een elektrode van metaaloxideverbinding naar een grafietelektrode. Wanneer de batterij wordt ontladen om de auto van stroom te voorzien, gaan de lithiumionen de andere kant op, waardoor elektronen in het aangesloten elektrische circuit stromen.

De toekomst van EV-batterijen

Om lithium-ionbatterijen goedkoper te maken, kijken wetenschappers van de Pennsylvania State University in de VS naar lithiumijzerfosfaatbatterijen, die verschillende elektrode-elementen gebruiken. Dit batterijmodel is veel goedkoper en veiliger dan de veelgebruikte lithium-nikkel-mangaan-kobaltoxide-batterijen en heeft het potentieel om een ​​auto 250 mijl van stroom te voorzien met slechts tien minuten opladen.

De bezorgdheid over het bereik dat volledig opgeladen EV's kunnen bestrijken, drijft autofabrikanten er ook toe batterijen te ontwikkelen die een vaste component gebruiken die de elektroden scheidt, in plaats van een vloeibare. Deze zijn veiliger en kunnen EV's verder dan 300 mijl van stroom voorzien op een enkele lading.

Maar lithiumbatterijen hebben een probleem. Lithium is een relatief zeldzaam element op aarde in vergelijking met de meeste mineralen die algemeen worden gebruikt. Naarmate de vraag naar batterijen toeneemt, zal de prijs van lithium sterk stijgen. Dit heeft geologen ertoe aangezet om wereldwijd op zoek te gaan naar nieuwe bronnen van lithium, vaak met hun eigen hoge kosten. Zo kost de winning van lithium uit zoutpannen in Chili veel water, dat daar schaars is. Kobalt is ook schaars in vergelijking met soortgelijke metalen zoals ijzer, en ertsen zijn geconcentreerd in de politiek onstabiele Congo-regio van Afrika.

Een oplossing kan zijn om meer gebruik te maken van wat we al hebben. Met meer dan een miljoen verkochte elektrische auto's wereldwijd in 2017, een aantal dat snel toeneemt, onderzoeken wetenschappers hoe lithium op grote schaal kan worden gerecycled. Sommigen overwegen of bacteriën hen kunnen helpen dit te bereiken.

In de toekomst zal het belangrijk zijn om batterijen te ontwerpen die gemakkelijk kunnen worden gedemonteerd, om de metalen die ze bevatten opnieuw te gebruiken. Lithium is ook een zeer reactief metaal en vormt een uitdaging voor mensen die ermee moeten omgaan.

Er zijn ook potentiële alternatieven voor lithium. Natrium-ionbatterijen krijgen bijvoorbeeld belangstelling van EV-fabrikanten vanwege hun lagere kosten. Ze werken op dezelfde manier als lithium-ionbatterijen, maar natrium is zwaarder en slaat minder energie op.

Iets verder in de toekomst zijn multivalente batterijen, waarbij het ion dat tussen de elektroden beweegt een grotere lading heeft dan lithium en dus elk meer dan één elektron aan het circuit levert. Er zijn aanzienlijke uitdagingen voor wetenschappers om te overwinnen met deze batterijen, maar ze kunnen mogelijk nog meer energieopslag opleveren.

Het is een grote uitdaging om voldoende elektrische auto's te bouwen tegen een prijs die ze goedkoper maakt dan alternatieven op fossiele brandstoffen. In de voorhoede van batterijonderzoek werken wetenschappers om dit probleem op te lossen en een revolutie teweeg te brengen in de manier waarop we reizen.