In de afgelopen maanden hebben we op Tweakers een reeks artikelen over innovaties in de wereld van accu's gepubliceerd. Een leek denkt vaak dat alle accu's dezelfde grondstoffen nodig hebben en dat die in een elektrische auto net zolang meegaan als in een smartphone. Vandaar dat er tijdens borrels en verjaardagsfeestjes vaak algemene uitspraken worden gedaan, zoals dat er niet genoeg grondstoffen zijn, dat accu's ontzettend milieuvervuilend zijn, dat de grondstoffen door kindslaven uit de grond gehaald worden en dat ze maar enkele jaren meegaan. Er zijn echter zoveel verschillende samenstellingen, dat dergelijke uitspraken alleen al daarom mank gaan.
Die variabelen beginnen al bij de vereisten. Moet de accu een zo hoog mogelijke energiedichtheid, een hoog laadvermogen, lange levensduur of lage kosten hebben? Liefst allemaal tegelijk natuurlijk, maar dat is praktisch onmogelijk. In de vorige artikelen in deze reeks bespraken we dat lithiumijzerfosfaat hard bezig is om marktaandeel te veroveren op nikkel-kobaltkathodes, dat natrium een alternatief is voor lithium en dat de siliciumanode voor de korte termijn de beste papieren heeft om een hogere dichtheid te realiseren. Al die varianten hebben ook een lagere milieu-impact. Nog onbesproken in deze reeks, maar eveneens veelbelovend, is een accu met een zwavelkathode.
Zwavel is een grondstof die veel gemakkelijker en goedkoper te winnen is dan nikkel, mangaan en kobalt (nmc). Het is het zestiende meest voorkomende element in de aardkorst en maakt ongeveer 0,03 tot 0,06 procent van het totale gewicht uit. Dat lijkt misschien niet veel, maar is beduidend meer dan de grondstoffen voor nmc-kathodes. Bovendien kleven er veel minder ethische vraagstukken aan zwavel en is de winning niet afhankelijk van een beperkt aantal regio's; het is praktisch overal ter wereld beschikbaar. De winning van zwavel is minder schadelijk voor het milieu en voor de mensen die bij het proces betrokken zijn. De winning van zwavel is vanwege de ruime mate van beschikbaarheid dus veel eenvoudiger en goedkoper, net als die van natrium en silicium.
Het interessantste van zwavel voor accu's is de potentieel enorm hoge energiedichtheid. De energiedichtheid van een accu wordt bepaald door het aantal elektronen dat kan worden opgeslagen en vrijgegeven tijdens het laden en ontladen en bij welke stroomsterkte dit gebeurt. In een Li-S-accu kan elk zwavelatoom effectief twee lithiumionen (Li+) en twee elektronen binden, wat leidt tot de vorming van lithiumsulfide (Li2S). Dit is veel effectiever dan conventionele lithiumionaccu's, waarin elk kathodeatoom, zoals kobalt, slechts één lithiumion en één elektron kan binden. Voor een zwavelaccu is zijn dus minder grondstoffen nodig om dezelfde hoeveelheid energie op te slaan, wat resulteert in een veel hogere energiedichtheid. Met een dergelijke accu zouden EV's veel lichter kunnen worden en veel verder kunnen rijden.
Het theoretische potentieel is baanbrekend; de maximale energiedichtheid is maar liefst 2600Wh per kg, grofweg tien keer (!) zoveel als bij de beste nmc-accu's van dit moment. Dat is dus in theorie, want in de praktijk kan dit nooit helemaal benut worden. Tegelijk gooit een andere variant, de natrium-zwavelaccu (Na-S), hoge ogen. Net als de eerder besproken natriumaccu heeft deze variant helemaal geen lithium nodig, maar draagt natrium in combinatie met de veelbelovende zwavelkathode zorg voor de energieopslag. Omdat zowel natrium als zwavel vrij eenvoudig te winnen is, zou dat een veel goedkoper type accu opleveren, die bovendien in ieder werelddeel te produceren is.
In dit artikel bespreken we beide varianten, naast recente onderzoeken en ontwikkelingen, en natuurlijk ook de uitdagingen.
Source: Tweakers.net