Dus hier gaan we. Pak koffie. Of bier. Ik oordeel niet.
Heel snel voordat we beginnen- mijn achtergrond omdat mensen altijd vragen: ik ben sinds 2016 met batterijtechnologie bezig, heb voor twee bedrijven gewerkt die failliet zijn gegaan (leuke tijden), heb advies gegeven aan drie bedrijven die nog (nauwelijks) leven, en doe momenteel R&D voor... nou, dat zou ik waarschijnlijk niet moeten zeggen, maar je hebt er wel eens van gehoord. Ik heb mezelf twee keer verbrand met lithiumbranden. Ik raad het niet aan. 0/10 ervaring.
Wat is in vredesnaam een solid{0}}batterij?
Precies. De batterij van je telefoon? Laptop? Elektrische auto? Er zat allemaal vloeistof in. Niet zoals water-vloeistof, meer als... dikke chemische vloeistof. Organische elektrolyt. Klinkt mooi, maar eigenlijk is het een brandbare klodder die lithiumionen heen en weer laat zwemmen tussen de positieve en negatieve kanten.
Werkt prima! Totdat dat niet het geval is. Dan vat het vlam.
Ik heb nog steeds een Samsung Galaxy Note 7 in mijn bureaula die ik als herinnering bewaar, lmao. Na de terugroepactie heb ik hem nooit meer aangezet. Het is net een klein presse-papier voor brandgevaar.
Vaste-batterij=vervangt die vloeistof door een vaste stof.
Dat is het. Dat is het hele ding.
Het vaste deel kan zijn:
Keramisch spul (zoals luxe glas, maar moeilijker te maken)
Polymeerketens (denk aan echt dicht plastic, maar niet echt plastic)
Sulfideverbindingen (deze ruiken trouwens verschrikkelijk, duizend keer als rotte eieren)
Oh en leuk feitje, ik heb het op de harde manier geleerd - sommige van deze materialen reageren met vocht in de lucht. Zoals gewelddadig. In 2019 hadden we een afgestudeerde student die een sulfide-elektrolytmonster 's nachts op de bank liet liggen. Kwam de volgende ochtend binnen, het hele ding was feitelijk gecorrodeerd. Het rook naar de dood. We konden dat lab een week lang niet gebruiken.
Waarom iedereen er niet over zwijgt
Kerel, ik hoor al sinds... 2015 over vaste- batterijen? 2014? Ergens daar in de buurt. Elk jaar: "Nog maar 3 jaar!"
Het is een meme geworden in de batterijgemeenschap. Zoals fusie-energie. Altijd 10 jaar verder.
Maar oké, er ZIJN echte redenen om erom te geven:
1. Ze zullen (waarschijnlijk) niet in je gezicht ontploffen
Geen vloeistof=geen kokende vloeistof=geen drukopbouw=geen boem.
Ik bedoel, ze KUNNEN nog steeds falen. Ik heb het zien gebeuren. Maar in plaats van een vuurbal krijg je meer het gevoel dat hij niet meer werkt en warm wordt. Veel beter! Vorig jaar zag ik tijdens het testen een solid{4}}-prototype falen en het zwol een beetje op en stierf. Met vloeibare lithium-ion moeten we testen achter explosieschilden. Andere sfeer.
2. Meer energie in dezelfde ruimte (zogenaamd)
De claims zijn wild. 50% meer? 100% meer? Wie weet. Op papier werkt de wiskunde. In werkelijkheid? We zullen zien.
Toyota blijft maar zeggen dat ze in 2027 of 2028 batterijen voor een capaciteit van 1500 kilometer zullen hebben, of zoiets. Ik geloof het pas als ik letterlijk met de auto rijd. Tot die tijd is het vaporware.
3. Laadt sneller op (misschien)
Sommige keramische elektrolyten kunnen vermoedelijk veel meer stroom aan zonder te verslechteren. Dus ongeveer 10 minuten volledig opladen.
Heb ik dit werk in een laboratorium gezien? Ja, ooit, op een knoopcelbatterij ter grootte van mijn miniatuur.
Heb ik het zien werken op een accu van een auto-formaat? Nee. Niemand heeft dat gedaan. Het zijn allemaal simulatiegegevens en kleinschalige tests-.
4. Gaat langer mee (denken wij)
Zonder dat de vloeistof afbreekt, zou u meer laadcycli moeten krijgen. Normaal lithium-ion is goed voor zo'n 500-1000 cycli, afhankelijk van hoe je het behandelt. Solid-state zou het beter moeten doen.
Maar dit is iets - dat we eigenlijk nog niet weten, omdat niemand ze al tien jaar gebruikt. Kan de betrouwbaarheid op de lange- termijn niet testen in een laboratorium. Je moet gewoon afwachten.
Wacht, waar vergelijken we dit zelfs mee?
Oh onzin, ja, ik moet waarschijnlijk uitleggen wat er nu is. Mijn slechte.
Normaal lithium-Ion (wat zit er in alles)
Je telefoon, laptop, waarschijnlijk je auto als deze elektrisch is
Energie: ~250-300 Wh/kg (dat zijn wattuur per kilogram, nerd-eenheden)
Goedkoop om nu te maken, omdat we het altijd al hebben gedaan
Zal absoluut vlam vatten als je hem lek prikt of te veel oplaadt
Ik bewaar een emmer zand in mijn laboratorium voor het geval dat
LFP-batterijen (lithiumijzerfosfaat)
Veiliger, zal niet echt vlam vatten, zelfs als je het probeert
Minder energiedichtheid dan - rond 160-180 Wh/kg
Gaat EEUWIG mee, ongeveer 3000+ kosten
Goedkoper dan andere lithiumsoorten
Dit is wat er nu in het basismodel van Tesla zit, denk ik? Citeer mij daar niet over
NMC/NCA (de dure)
Nikkel-mangaan-kobalt of nikkel-kobalt-aluminium
Hoge prestaties, 250-280 Wh/kg
Gebruikt kobalt, wat... ja, er zijn problemen met kinderarbeid in Congo, een hele andere puinhoop
Duurder
Betere prestaties, maar dat zal niet liegen
Solid-State (het mythische wezen)
CLAIMS 400-500 Wh/kg
Veel duurder momenteel
Productie is op dit moment eigenlijk zwarte magie
Veiliger vermoedelijk, maar we hebben ook niet genoeg gegevens
Oké, maar wat is er eigenlijk goed aan?
Kijk, ik ben sceptisch over de meeste dingen, maar een solide-status heeft echte voordelen. Ik ga niet anders doen.
Veiligheid is legitiem beter.
Ik heb beide typen persoonlijk getest. Bij gewone lithium-ion dragen we gelaatsschermen en hebben we overal brandblussers. Met solid-prototypes? Nog steeds voorzichtig, maar minder "dit zou kunnen ontploffen" energie.
Vorige maand hadden we een kortsluiting in de testcel. Solid-een exemplaar werd heet en werkte niet meer. Als dat gewone lithium-ion was geweest, hadden we zeker brand gehad.
Grootte / gewicht is echt ALS ze leveren.
Een productie van 400 Wh/kg zou werkelijk revolutionair zijn. Uw EV-batterij zou voor hetzelfde bereik de helft kunnen wegen. OF hetzelfde gewicht, verdubbel het bereik.
Maar dat is een grote ALS. Laboratoriumresultaten vertalen zich niet altijd in productie. Verdomd, ze vertalen meestal niet.
Temperatuurprestaties zouden beter moeten zijn.
Vaste elektrolyten werken bij een groter temperatuurbereik dan vloeibare. De accu van uw auto in de winter van Chicago bij -20 graden F? Zou beter moeten werken. Zomer in Arizona bij 120 graden F? Ook beter.
Hoewel leuk verhaal - moeten sommige keramische elektrolyten WARM gehouden worden om goed te kunnen werken. Je hebt dus een verwarming nodig voor je accu. Wat stroom gebruikt. Een beetje verslaat het doel lol.
Geen dendrieten.
Dit is binnen honkbal, maar wat dan ook. Wanneer u lithiumbatterijen oplaadt, kunnen kleine metalen punten, dendrieten genaamd, van de ene elektrode naar de andere groeien. Uiteindelijk doorboren ze de afscheider en kortsluiten ze de batterij. Dit is de manier waarop de meeste lithium-ionbatterijen leeglopen.
Vaste elektrolyten zouden dendrieten blokkeren. Harde materialen, kunnen niet doordringen. In theorie.
In de praktijk? Eh. We hebben dendrieten zien groeien door vaste elektrolyten. Materiaalkunde is moeilijk.
De problemen die iedereen negeert (maar ik niet)
Oké, doe je gordel om, want dit is waar ik sommige mensen kwaad ga maken.
Ze werken momenteel nauwelijks.
Sorry! Het is waar! De meeste 'baanbrekende' solid-state-batterijen- waarover u in persberichten leest? Ze werken ongeveer 10 cycli. Misschien 50 als je geluk hebt. In perfecte laboratoriumomstandigheden. Op precies 25 graden. Met een zwakke bries uit het noordoosten.
De accu van uw auto moet 1000+ cycli werken in de winter van Minnesota en de zomer in Texas en overal daar tussenin. Op schaal zijn we nog niet eens in de buurt.
Vorig jaar was ik op een conferentie (Battery Symposium in Orlando, maart 2024) en zag een presentatie van een startup die 500 cycli claimde. Ging daarna naar hun stand. Gevraagd om details. Ze werden heel snel heel stil. Blijkt dat die 500 cycli een oplaadsnelheid van 0,1 C hadden, met 4 uur tussen oplaadbeurten. Volkomen nutteloos voor echte toepassingen.
Productie is een absolute nachtmerrie.
We hebben 30+ jaar besteed aan het uitzoeken hoe we lithium-ionbatterijen goedkoop en betrouwbaar kunnen maken. De fabrieken, de apparatuur, de kwaliteitscontrole - het zit er allemaal in.
Vaste-status? Vanaf nul beginnen.
Verschillende apparatuur. Verschillende processen. Verschillende faalmodi. Alles is moeilijker.
Ik sprak vorige maand met een man van QuantumScape (we waren allebei in een luchthavenbar, hij had drie biertjes gedronken, werd spraakzaam) en hij zei dat hun grootste probleem niet eens meer de technologie is. Het is uitzoeken hoe je 10.000 batterijen kunt maken die allemaal identiek zijn. Consistentie op schaal is ZO HARD.
Het interfaceprobleem doodt iedereen.
Dit is technisch maar belangrijk: waar de vaste elektrolyt de vaste elektrode raakt, krijg je weerstand. Het is alsof je probeert elektriciteit door twee tegen elkaar gedrukte ruwe oppervlakken te laten gaan. Geen fijn contact.
Bij vloeibare elektrolyt vult de vloeistof alle microscopisch kleine gaatjes. Perfect contact overal. Met solide-aan-solide? Niet zo veel.
Mensen proberen van alles: speciale coatings, druk uitoefenen, opwarmen, nieuwe materialen, opofferingslagen, bufferzones. Niets werkt nog perfect. Elke oplossing creëert nieuwe problemen.
Ze kraken en dat is echt erg.
Keramische vaste elektrolyten zijn bros. Wanneer batterijen worden opgeladen, zwellen ze lichtjes op. Ontlading, ze krimpen. Doe dit 1000 keer en je keramiek kan barsten.
Eén klein scheurtje=lege batterij. Er komt vocht binnen, de prestaties nemen af en het spel is voorbij.
Ik heb prachtige vaste-cellen gezien die 50 cycli perfect werkten, dan barsten en dan niet meer werkten. Hartverscheurend. En duur.
Polymeerelektrolyten barsten niet zo gemakkelijk, maar ze hebben een veel lagere ionische geleidbaarheid. Altijd afwegingen-.
De kosten doen me huilen.
Volgens de huidige schattingen kosten solid{0}}batterijen 10-20x de kosten van reguliere lithium-ionbatterijen. Per kWh.
Ja, de kosten zullen dalen naarmate de schaal groter wordt. Dat doen ze altijd. Maar we hebben het over JAREN van ontwikkeling en MILJARDEN aan kapitaalinvesteringen voordat we tot kostenpariteit komen.
De 4680-cellen van Tesla kosten ongeveer $ 100/kWh. Vaste--toestand zou op dit moment $1000/kWh kunnen zijn. Misschien meer. Niemand publiceert echte cijfers omdat ze gênant zijn.
Wie maakt deze dingen eigenlijk? (En wie heeft het er net over)
Oh man, oké, dit wordt rommelig, want er zijn ongeveer 50+ bedrijven die beweren dat ze "op het punt staan een revolutie teweeg te brengen in de batterijen", maar laat me me concentreren op wie er daadwerkelijk dingen doet:
QuantumScape- Waarschijnlijk het verst voor automobieltoepassingen. Gebruik van keramische afscheider. Gesteund door VW en Bill Gates. Hun aandelen gingen van ongeveer $ 130 naar $ 10. Au. Maar ze werken nog steeds en hebben behoorlijke testresultaten opgeleverd. De tijdlijn blijft echter verschuiven, wat zorgwekkend maar ook realistisch is? Eerlijk gezegd weet ik niet hoe ik over hen moet denken.
Solide kracht- BMW en Ford steunden. Sulfide-elektrolyt. Het laatste wat ik hoorde was dat ze nog steeds productieproblemen hadden. Hun tijdlijn is ook verschoven. De tijdlijnen van iedereen glijden. Het is het favoriete tijdverdrijf van de batterij-industrie.
Samsung SDI- Ze hebben zelfs vaste-batterijen in productie! Maar kleintjes. Voor wearables. Medische apparaten. Hearables (ja, dat is nu blijkbaar een woord). Het spul van auto-formaat? Nog in ontwikkeling. Ze zeggen 2027. Ik zeg realistisch gezien 2029-2030.
Toyota- Oh jongen. Toyota belooft doorbraken op het gebied van solid{2}}batterijen al voordat ik op dit gebied begon te werken. Zij dienen meer patenten in dan wie dan ook. Elk jaar doen ze grote aankondigingen. En toch... geen producten.
Ik WIL ze geloven. Het zijn Toyota's. Ze kennen de productie. Maar hou me een keer voor de gek, schaam je. Houd me 47 keer voor de gek...
Ze zeiden 2025, toen 2027, nu is het 2027-2028. Ik zet mijn geld op minimaal 2030.
Nissan- Er stiller over zijn, wat ik eigenlijk respecteer. Stel dat ze tussen 2024 en 2025 een proefproductie zullen hebben. Een realistischere tijdlijn dan sommige andere. Ik denk dat ik met NASA aan bepaalde dingen werk? Citeer mij niet.
KAT- Chinees bedrijf, 's werelds grootste batterijfabrikant. Als ze bewegen, merkt iedereen het. Ze werken aan solid-state, maar zijn ZEER conservatief met voorspellingen. Waardoor ik ze eigenlijk meer vertrouw. Ze kennen de productieschaal. Ze weten wat moeilijk is.
WinkelDot- Israëlische startup, focus op extreem snel opladen. Coole demo's. Schaalvergroting is de vraag. Altijd de vraag.
Er zijn ook Factorial Energy, ProLogium, Ionic Materials, Sakuu, Blue Current, Ilika... letterlijk tientallen meer. De meeste zullen falen. Dat is gewoon hoe het werkt. Batterij-startups hebben een succespercentage van 5%.
Kun je er nu echt een kopen?
Kort antwoord:Nee.
Langer antwoord:Nog steeds niet, tenzij je een prototype EV koopt voor meer dan €500.000, of een kleine speciale batterij voor medische apparatuur.
Nog langer antwoord:Samsung heeft een aantal vaste-batterijen op de markt, maar deze zijn duur en klein. We praten als een knoopcelformaat. Niet nuttig voor de meeste toepassingen.
De eerste echte consumentenproducten met een vaste-status zullen waarschijnlijk zijn:
Premium-smartphones- Samsung of Apple willen opscheppen. "Eerste solid-batterijtelefoon!" Geweldige marketing. Waarschijnlijk 2026-2027.
Beperkte productie-EV's- Een of ander luxe merk zal 500 exemplaren maken met vaste-batterijen. Kosten $200k. Bewijs dat de technologie werkt. 2027-2028.
Geavanceerde-e--fietsen/scooters- Een kleinere batterij maakt het economisch haalbaar. 2026?
Massamarkt? Man, ik weet het op zijn vroegst niet. 2030. Misschien 2032-2035 om veilig te zijn. En zelfs dan zou ‘massamarkt’ een ‘optionele upgrade voor 10.000 dollar’ kunnen betekenen.
Ik ben waarschijnlijk pessimistisch. Maar ik ben te vaak teleurgesteld.
Waar gaan ze eigenlijk voor gebruikt worden?
Nu meteen? PowerPoint-presentaties meestal.
Maar serieus:
Elektrische auto's- Dit is waar iedereen om geeft. 500+ kilometerbereik, opladen in 10 minuten, lichter en veiliger. Zou de EV-markt echt veranderen. ALS het gebeurt.
Telefoons en laptops- Stel je voor dat je telefoon twee volle dagen meegaat bij intensief gebruik. Of de helft van de dikte. Of nooit meer Samsung Note 7-situaties hebben. Dat is de droom.
Medische implantaten- Dit is waar sommige solid-batterijen REEDS worden gebruikt! Pacemakers hebben batterijen nodig die 100% niet defect raken of in uw lichaam lekken. Solid-is hier perfect voor. Kleine batterij, hoeft niet goedkoop te zijn, veiligheid is alles.
Drones/luchtvaart- Elektrische vliegtuigen hebben de hoogst mogelijke energiedichtheid nodig. Elke gram telt. Solide--toestanden kunnen de elektrische luchtvaart zelfs levensvatbaarder maken dan kleine drones.
Rasteropslag- Misschien? Maar eerlijk gezegd, voor stationaire opslag doet het gewicht er niet toe. LFP is al goedkoop en veilig genoeg. Moeilijk te verslaan qua kosten. Solid-solid state zou ECHT goedkoop moeten worden om hier te kunnen concurreren.
Moet u wachten op een solide-status voordat u een elektrische auto koopt?
Dit wordt mij voortdurend gevraagd. Op feestjes (batterijmonteurs gaan naar feestjes oké), op conferenties, willekeurige familieleden op Facebook.
Antwoord: Nee. Wacht niet.
Als je nu een EV wilt, koop dan nu een EV. De huidige EV’s zijn echt goed! Model 3, Ioniq 5, F-150 Lightning, allemaal solide keuzes. Bewezen technologie. Bekende betrouwbaarheid.
Tegen de tijd dat er betaalbare solid{0}} EV's bestaan:
U rijdt al 5+ jaar met uw huidige EV
De technologie zal nog steeds van de eerste- generatie zijn met onbekende problemen
De laadinfrastructuur wordt nog beter
Wie weet zijn de prijzen van gebruikte EV’s gecrasht
Bent u van plan om eind 2027 of 2028 te kopen? DAN misschien wachten om te zien wat er daadwerkelijk wordt vrijgegeven. Maar zet je leven niet in de wacht.
Technologie verbetert altijd. Er komt altijd 'binnenkort' iets beters. Ik kan niet eeuwig wachten.
Ik heb tot 2019 gewacht met het kopen van een 4K-tv. Weet je wat er is gebeurd? Ze werden goedkoper en beter. Maar ik had ook al 6 jaar geen 4K-tv. Was het het waard? Eerlijk gezegd... nee. Had er gewoon eentje moeten kopen.
De cijfers over de energiedichtheid zijn leugens (soort van)
Oké, geen leugens. Maar misleidend.
Iedereen gooit cijfers over de energiedichtheid rond. "400 Wh/kg!" "500 Wh/kg!" "900 Wh/kg!"
Dit is wat ze je niet vertellen:
Huidige lithium-ion-CELLEN: 250-300 Wh/kg
Huidige lithium-ion-PAKKETTEN: 150-200 Wh/kg
Zie je het verschil? Het pakket omvat behuizing, koeling, bedrading en batterijbeheersystemen. Zoals 30-40% van het gewicht van de batterij bestaat niet eens uit een batterij.
Solide-CELL-claims: 400-500 Wh/kg
Solide-state PACK-realiteit: Wie weet? 250-350 Wh/kg misschien?
Dus als Toyota zegt: "tweemaal de energiedichtheid!" ze vergelijken de beste-celnummers met de huidige pakketnummers. Geen appels tot appels.
De echte verbetering op pakketniveau zal waarschijnlijk 50-75% bedragen. Wat nog steeds geweldig is! Echt geweldig! Maar niet de revolutie die marketing impliceert.
Ook energiedichtheid zegt niet alles. Vermogensdichtheid is van belang (hoe snel u ontlaadt). Het cyclusleven is belangrijk. Temperatuurprestaties. De kosten per kWh zijn het belangrijkst voor massale adoptie.
Een batterij die $2000/kWh kost met 500 Wh/kg is slechter dan een batterij die $100/kWh kost met 250 Wh/kg. In ieder geval voor de meeste toepassingen.
Mijn werkelijke aanbevelingen
Als je een gewoon persoon bent:Vergeet voorlopig dat er een solid--status bestaat. Koop wat je nodig hebt met de huidige technologie. Het werkt prima.
Als u in 2025-2026 een elektrische auto koopt:Koop nu met de huidige lithium-ion. Wacht niet. De perfecte toekomstige EV komt niet snel genoeg.
Als u een investeerder bent:Dit is een hoog risico, een hoge beloning. Ik zou wedden op gevestigde spelers (Samsung, Toyota, CATL) boven startups. Maar dat ben ik gewoon. Ik ben risicomijdend- omdat ik te veel batterij-startups heb zien crashen en branden. Letterlijk in één geval.
Als u een ingenieur bent:Verdiep je in dit veld! Het is frustrerend als de hel, maar echt spannend. Wees gewoon voorbereid op langzame vooruitgang en veel doodlopende wegen.
Als u van plan bent om in 2027-2028 te kopen:Begin aandacht te besteden aan wie daadwerkelijk levert en wie alleen aankondigingen doet. Mijn geld gaat naar Samsung en misschien Nissan.
Wat je NIET moet doen:Koop geen "vaste-batterijen die nu verkrijgbaar zijn!" van schetsmatige websites. Ze liegen. Als het echt is, zal het in de grote nieuwsmedia en bij grote fabrikanten verschijnen.
Oh en nog één ding: als je NU batterijen nodig hebt en iets wilt tussen gewone lithium-ion en de vaste- droom in vaste toestand? Kijk erinlithium-polymeer batterijen. Ze zijn niet solide- maar veel veiliger dan standaard li- ionen, lekken niet en u kunt ze vandaag nog verkrijgen. Gebruikt in tonnen RC-spullen en sommige telefoons. Niet revolutionair maar wel daadwerkelijk beschikbaar lol.
