Onderwerp: Werking en verbetering Lithium accu's , uit de NRC

Goed uigelegd wat ik hier al vaker post; de ontwikkeling van batterijen in Wh/kg en/of Wh/liter is een asymptoot naar een chemisch plafond.

Vandaar mijn kromme tenen als marketeers/politici (wat is het verschil hè ) hun verhalen onderbouwen met verwachte grote sprongen in de technologie; een asymptoot betekent dat de grootste sprongen in het verleden liggen!

Nu word de boel wat opgezweept door een grote vraag naar goedkoop, licht en klein. In de jaren 90 was je als onderzoeker vooral bezig mobieltjes kleiner te maken met een afzetmarkt van een paar 100 miljoen cellen per jaar. Nu gaan er tienduizenden in een auto en liggen de economische belangen wat anders waardoor er meer en ander onderzoek plaatsvind.
Als je een asymptoot op een exponentiële schaal zet, dan word het een rechte lijn naar boven, en de meeste klunzige internetbuzz interpoleert daar vrolijk mee, maar feit zal zijn dat er nu even een exponentiële groei is in onderzoek naar ladingdragers, maar dat zal er gens weer af gaan vlakken.

Als je wat dieper de prognoses induikt van de technieken die nu in kaart zijn, dan mag je de komende 20 jaar een 50-100% toename in capaciteit verwachten; gemiddeld een paar procent per jaar dus.

Marktwerking zorgt er altijd voor dat er meer onderzoek uitgaat naar het goedkoper maken, dan naar het beter maken. Het zal bereikbaarder worden, maar nog steeds erg duur blijven t.o.v. lood/zuur.

Een uitzondering is de Wh/€ ontwikkeling. Daar zijn veel meer alternatieven, omdat omvang en gewicht niet meetellen. Denk aan de zeewaterbatterij of stuwmeren volpompen met windenergie.

Wie weet vindt er binnenkort een disruptieve innovatie plaats die alles anders maakt.

Ik heb een bejaard boekje in mijn boekenkast waarin Max Euwe (de toenmalige Nederlandse wereldkampioen schaken) uitlegt dat een computer nooit op niveau zou kunnen schaken vanwege de fysieke beperkingen in de processorsnelheid die weer samenhing met de maximale lichtsnelheid die een rol speelde bij de relatief grote afstanden tussen individuele schakelcomponenten zoals transistoren.

Kort na dit schrijven brak de IC/chip door waardoor de bodem onder z'n betoog weg viel.

Dick

Daarom zijn de huidige elektrische auto's nog te premature. Als die 50-100% toename er is wordt het pas serieus.

Echter is die commerciele marteling wel noodzakelijk om het eindpunt te bereiken.

Knar, normaliter zou ik daar helemaal in meegaan, ware het niet dat het in het lithium geval, waarover het artikel gaat, de droombatterij waar ze over spreken gewoon optellen en aftrekken is in het systeem der elementen. De reactie in zo'n cel is gebonden aan fysieke wetmatigheden.
Daarbovenop vertelt dat zelfde systeem der elementen dat er geen elementen bestaan die meer lading kunnen dragen.
Dat betekent dus dat in de twee specifieke gevallen (Wh/Kg en Wh/l) de ideale batterij al beschreven is en dat dat tevens het maximaal haalbare is in een electrochemische cel.

Disruptive innovation moet dus ergens anders vandaan komen. Denk brandstofcel of hele exotische batterijprincipes.

Los daar van is het traject van labresultaat naar massaproduct bij deze ontwikkelingen typisch zo'n 15-25 jaar, omdat veiligheid productiewijze en produtiekosten nog drie volle vervolgonderzoeken zijn, waarna het hele feest van het inrichten van infrastructuur, fabrieken, financiën, afzetmarkt etc nog moet volgen.

Dat chemisch plafond waarover in het artikel gesproken wordt, ligt toch evengoed zeven tot tien keer hoger dan de huidige lithium batterijen...? Dan kunnen we dus nog een aardige vooruitgang verwachten langs bekende wegen.

Dat handelt zich om een hypothetisch maximum.

Het hypothetische maximum van een benzinemotor is net boven de 80%. Echter moet je meewegen dat je het nog moet materialiseren. Je kunt geen motor maken zonder eigen warmteinhoud bijvoorbeeld.

Gegeven bruikbare materialen en verbrandingsomstandigheden is het limiet net iest meer dan de helft ~46-47%. De meest geavanceerde modellen halen net iets boven de 35% piek.

Je zult toch moeten remmen en optrekken bij een stoplicht en je kunt niet binnen en buiten de bebouwde kom even hard rijden. Daarom halen de meest zuinige auto's (dus na zo'n 120 jaar ontwikkelen) in de praktijk een ruime 20%.

Dus gaan lithiumcellen ooit nog een keer de helft wegen? Vast en zeker!, maar not any time soon!

De kg/kWh zijn voor auto, en nog verder, vliegtuiggebruik natuurlijk kritisch.

Voorlopig zou ik al blij zijn met een ontwikkeling waarin de kosten omlaag kunnen.

Misschien wat offtopic m.b.t de li-ion accu:Ik zie voor auto's, zeker die met hoog kilometrage en vrachtverkeer, meer in de elektrische auto met een brandstofcel gevoed door waterstof of alcohol, dit is zo'n intensieve toepassing van een accu en geeft veel gedoe bij de tankstations / martelgang van een snellading is bovendien niet best voor de accu. Eind van de rekening doe je de accu weg, dat geeft vervuiling, wat is je milieuwinst? De waterstof of de alcohol die beide chemisch wel met elektriciteit te maken zijn lijken mij dan een beter energie opslag medium dat je bovendien simpel makkelijk kunt bijvullen. H2 verbrand met H2O als restproduct bij het verbranden van de alcohol komt wel CO2 vrij maar die kun je gebruiken om nieuwe alcohol te maken dus dat gaat ook CO2 neutraal.

Wat Joop66 betreft wat te denken van een continentaal te gebruiken /max 1500 a 2000 km propellorvliegtuig a 500km/h zo aangedreven door electromotoren op energie uit brandstofcellen van H2 of Ethanol? Geen extra infrastructuur nodig zoals bij spoor of erger de hyperloop die echt enorm veel infra = co2 uitstoot! nodig heeft.

Freek

Mij lijkt dat de energiedichtheid van batterijen eigenlijk nu al niet meer het grootste probleem zijn voor voertuigen die de grond niet hoeven te verlaten. Auto's (niet allemaal) kunnen immers al zo'n beetje 400 km halen. Voer het nog een beetje op en de actieradius is gelijk aan die van auto's, vrachtauto's etc met verbrandingsmotoren.
Het grote probleem is de herlading-tijd, volgens mij. Ik denk dat, wanneer een huidige elektrische auto in 2 minuten volledig zou kunnen worden herladen, we al geen auto's met verbrandingsmotoren meer op de wegen zouden zien. Dat is zeker zo wanneer de energiedichtheid per kilogram nog zou verdubbelen (wat dus best zou kunnen, denk ik, al heeft boarderbas helemaal gelijk met zijn verhaal over een asymptotisch einde aan de groei, denk ik).

freek1970 schreef :
Een paar kleinigheidjes (o.a. Google/Wiki):
Een waterstof/brandstofcel auto heeft meer dan 3 keer zoveel (hernieuwbare) elektrische energie nodig dan een batterij-elektrische auto.
Waterstof is niet praktisch vloeibaar te maken, dus moet gecomprimeerd worden om een redelijke hoeveelheid mee te kunnen nemen. Men spreekt over 900 bar - leuk tankje in je auto. Dit alleen al kost ongeveer een derde van de nuttige energieinhoud. Bovendien kun je niet zomaar een lege tank vullen tot 900 bar: die wordt gloeiend heet (denk maar aan het vullen van duikflessen).
Waterstof heeft het kleinste molecuul van alle elementen, en diffundeert derhalve door metalen tankwanden: het is dus maar beperkt op te slaan (dit probleem is ook bekend van de heliumflessen uit de duikwereld). Meegemaakt met een duikbootje: waterstof (knalgas) van het accucompartiment door het stalen schot gediffundeerd naar het hydrauliekcompartiment: bij het starten van de pomp BOEM.
Voorlopig ligt het elektrische balletje toch echt bij de batterij, en hiervan zijn inderdaad de perspectieven beperkt zoals eerder vermeld.
Serieuze elektrische vliegtuigen zullen ook erg lastig worden - ik denk onmogelijk bij de huidige stand van zaken.
Ik vraag me ook nog af wat er met een geladen batterij gebeurt bij een ernstige aanrijding - ingeval van schade is een gewone loodaccu al een griezelig ding. Dit mede in het licht van een artikeltje ergens dat Tesla rijders de bestuurders van witte busjes van de eerste plaats op de wegmisbruikerslijst hebben verdrongen (voor wat het waard is )

steef ton schreef :
Nu ik daadwerkelijk vaker met zo'n auto rijd denk ik dat het probleem niet zozeer meer bij de actieradius ligt. Ik heb nog nooit onderweg hoeven bijladen (nl). Wel bij aankomst voor de terugreis.

Ik denk dat laadinfrastructuur en aanschafprijs voorlopig de beperking vormen. In ieder geval voor mij de reden dat ik privé nog niet ben overgestapt.

Na 1 "tank" van de Ampera vind ik het geen probleem om even een half uur te pauzeren.

Gepost met de officiële Zeilersforum-app

Het is fascinerend te zien in welke bochten bepaalde mensen zich wringen om toch maar vloeistoffen te kunnen blijven gebruiken om hun voertuig aan te drijven. Ik denk dat het grootste probleem qua omschakeling niet de capaciteit van de accu is maar eerder het aanpassen van het denkpatroon van de eindgebruiker. Die is zo gewend om een vloeistof in zijn voertuig te doen dat een stroom elektronen wel hekserij lijkt.
Het is trouwens een beetje zoals de switch de je moet maken van loodzuuraccu's naar lithium voor je huishoudaccu. De ene moet je angstvallig bomvol houden, de tweede mag je wat meer met rust laten. Was ook voor ons in eerste instantie een beetje lastig.

De brandstofcel is ouder dan de ottomotor. Daar waar de ottomotor nog afhankelijk is van de carnotcyclus (en dus beperkt is in zijn rendement), is een brandstofcel een veel aantrekkelijker omzetting van chemische energie dan -ik noem maar iets- een kolencentrele of benzinemotor.
Pakweg 120 jaar geleden waren nagenoeg alle auto's electrisch en de brandstofcel was al 80 jaar in ontwikkeling. Als de brandstofcel een praktische toepassing had, dan was het toen wel.

Brandstofcellen zijn dingen met hele vervelende praktische problemen. Die kunnnen worden overkomen door hele specifieke en beheerste toepassing. Bijvoorbeeld hele zuivere brandstof en pure zuurstof.

In bijvoorbeeld de minitransat worden ze toegepast. Die gaan op alcohol. Ze halen bij lange na niet het betrouwbaarheidsniveau wat nodig is voor commerciële toepassing en na zo'n race van 6 weken mag je niet veel meer van de levensduur verwachten.

Er zijn hele gespecialiseerde bedrijven die bijvoorbeeld energievoorziening op extreme plekken verzorgen dmv brandstofcellen. Die pakketten moeten om het half jaar vervangen worden voor refurbishment.

Dat is de stand der techniek na 140 jaar onderzoek. Jij mag duimen dat het de komende 10 jaar beter word, maar ik doe niet mee

---

Het idee van vloeistof in je auto is niet dom hoor. Voorlopig is de brandstof/ottomotor combinatie met recht nog populair, amdat het veel lichter is dan een electromotor met accu's bij een praktische actieradius.

Waar -naar mijn bijzonder onbescheiden mening- de fantasten de afslag missen is dat er heel erg weinig mis is met een verbrandingsmotor. Het is de oorsprong van de brandstof die het probleem geeft. We pompen geneutraliseerde koolstofatomen uit de aardkorst en voegen die toe aan de atmosfeer, waardoor de verhouding van de atmosfeer verandert.

Helaas is het omzetprincipe van elctriciteit in methaan nog niet erg eficiënt, maar methaan verbranden wat duurzaam gemaakt is van CO2 in de atmosfeer is een hele stap richting circulair.
Daarom bijten de "van het gas af" roepers in toenemende mate de tong af. Feit is dat als we alle verbranding die we in Nederland doen om zouden zetten naar de verbranding van methaan (gas), dat we dan al eng dicht bij de klimaatdoelstelling zijn.

---

De op dit moment misschien wel de beste/meest prektiche waterstofdrager is.....gas! Methaan is CH4. Eén carbon atoom neemt 4 waterstofatomen mee! Diesel/kolen is xCH2. Minder waterstofverbranding, meer koolstofverbranding...

Voor heel veel kilometers is een beetje accu in een elektrieke auto al voldoende.
Ik heb het onlangs eens een beetje gemonitord en berekend.
Van de 24.000 km die ik (op benzine) rijdt per jaar is ca 16.000 km minder dan 20 km. Af en toe 60 km (schoonmoeder....) en soms 100 (boot).
Met een hybride die 30 a 40 km elektrisch doet (Volvo XC90/V90 T8) kan ik dus al 2/3 van mijn kilometers elektrisch doen. Toch een respectabele hoeveelheid.
De ritten die je niet haalt zijn naar de wintersport (2 maal 1150 km), weekendjes weg naar België of zo.
Al met al zou ik met een hybride auto die 150 a 200 km elektrisch doet toch wel 80% elektrisch kunnen doen.

boarderbas schreef :
Wel dom natuurlijk om iets wat afhankelijk is van de Car Not cyclus nou net in allemaal automotoren te stoppen.

gevat

Mijn elektrische hybride karretje had een actieradius van 40-50km, afhankelijk van buitentemperatuur en rijgedrag. Ik ben opzich best een stevige rijder Heb in 5 jaar 250.000km gereden, dus 50.000 per jaar. Ik schat het benzineverbruik zonder elektriek op 1:12 ongeveer.(als ik dat al haalde) Maar over die 250K kilometers komt het verbruik uit op 1:34 (de auto heeft dat keurig zelf bijgehouden) Dus nog heel wat positiever dan de schatting van BK

BK> en met een vol electrische auto haal je je schoonmoeder heen en weer (2x). En met een beetje geduld en 4X een half uur laden haal je Oostenrijk ook.

Gepost met de officiële Zeilersforum-app

Wat ik vooral vreemd (bijzonder?) vind is dat je een auto bouwt.
Deze weegt 1200 - 1500 Kg, en je vervoert hier een persoon van minder dan 100 Kg mee.
Moet toch anders kunnen, voor zeg 80% van je autoritjes..

Groeten Jan Willem

Wat weegt je boot?


...en we zeggen het al sinds de oliecrisis: pak eens vaker de fiets!

Nou, boarderbas, voor een groot deel met je eens hoor en waarschijnlijk heb je voor een deel ook meer verstand dan ik over dit soort zaken. Mijn boot is meer dan vervoer en gedurende mijn vervoer met die boot ook mijn huis en ik verplaats het ding voornamelijk (voor meer dan 90%) door middel van zeilen.
De verbrandingsmotor is idd wel erg succesvol geworden, maar om het te vergelijken met de eerste brandstofcellen en elektrisch aangedreven auto's vind ik wel een klein beetje een scheve vergelijking. Een elektromotor is natuurlijk in veel opzichten een veel geschiktere machine voor een voort te drijven vervoermiddel dan een interne verbrandingsmachine.Niet alleen vanwege het Carnot-principe, maar ook vanwege de manier waarop het vermogen wordt aangeboden. Maar dat weet jij natuurlijk ook wel en waarschijnlijk beter dan ik, denk ik

Diesel en benzine leveren bij verbranding per liter 9 a 10 kWh.

De accu van een Tesla is (model-afhankelijk) pakweg 80 kWh.
Dat is dus 8 liter diesel. Daar rijdt hij 500 km mee. 1 op 60....

Dat bedoel ik, zo is het. Voor voortstuwing van een voertuig is een elektromotor een veel geschiktere machine

Nou dat heb ik ook wel gedacht maar:

-Van H2 Gas naar Electriciteit -> rendament van ongeveer 60% -> Electromotor 90% = ongeveer 54% overall
-Automotor (bijv. op H2 gas) rendament 20%

Dus die trein van H2 naar electriciteit naar kracht is meer dan de helft efficienter en dat is ook waarom ze het bij Hyunday die de brandstofcelauto's (ix35) al een jaar of vier levert aan de ANWB zo doen. Die ix35 is echter een SUV misschien ideaal voor Erik de Jong als ie waterstof zou kunnen tanken daar, maar voor velen beetje onnodig lomp ding. Het past nu nog niet in een kleine auto maar daar word wel aan gewerkt. Ik zie meer in zoiets voor auto's die veel km rijden want je kan gewoon met hetzelfde gemak in 5 minuten je auto tanken als met een auto op LPG.

Die accu word nog een keer verdubbeld in capaciteit en dan is het op dat is wel zo'n beetje duidelijk. En er is ook slijtage op een accu bij elke keer opladen/ontladen verlies je capaciteit. prima voor op een boot gebruik je het toch niet zo veel maar voor een veel gebruikte auto toch wat minder. Ik denk op zo'n brandstofcel minder slijtage heeft. Zie er ook meer in dan dat verlengsnoer op straat niet iedereen heeft n eigen parkeervak.

Op zich heeft Toyota wel een punt vind ik ze zeggen de hybride is af, nou dat is de laatste Prius denk ik inderdaad wel je mag zelfs een aanhanger trekken met die wagen dus je levert eigenlijk niks meer in tegen een auto met alleen een verbrandingsmotor.

M.b.t. het gewicht van een auto, het is nog best lastig een goede veilige comfortabele lichte auto te bouwen.
Het meest in die richting komt VWXL1. En dan heb ik het over een auto die een normale auto is.
Kan wel nog zuiniger maar dan heb je een velomobiel met een motortje erin die weegt 50 kg, niet echt comfortabel en alleen hele lage snelheid wel heel weinig uitstoot.

Freek

freek1970 schreef :
Je moet politicus worden! Grenzen zo kiezen dat je sommetje leker bekt.

Dat H2 gas moet ergens vandaan komen. behoudens her en der een veel te veel naar voren gechoven industriereststroom, is de bron electrolyse van water, met stroom. Het centraal opwekrendement ligt rond de 28% en word minder.

Het enige voordeel is dat je het op kan slaan, en dus een overschot aan duurzame energie kan bufferen.

Zo lang we ons in het zweet moeten manipuleren om het aandeel duurzame energie op 7% te krijgen, zie ik dat overschot nog zo 1-2-3 niet gebeuren, en is de H2 droom een beetje op de fanfare vooruit...

Manipulatievoorbeeld: Bos in Canada kappen en er 2x durzaam van maken. Houtpellets als co2 neutraal verkopen, en met de aanplant van nieuw bos mensen CO2 gecompenseerd laten vliegen.

Ik kreeg gisteren zelfs een schitterend aanbod van "zorgenloos gas, in één keer circulair", omdat dit gas werd gecompenseer met aanplant van nieuwe planten. Ik neem aan dat dat kokosolieplantages zijn om biodiesel van te maken...., kunnen ze de CO2 3x verkopen...