Solid State-batterij: begin maar met aftellen! – Preview!
Inclusief een blik op Toyota's nieuwe motoren
 |
Door Bart Oostvogels . Hoofdredacteur AutoRAI.nl. Een échte nieuwsjager en liefhebber van auto’s. Hoe lichter, hoe beter! Als het maar wielen heeft. |
Al jaren wordt er gesproken over solid-state batterijen. Ze worden beschouwd als de volgende grote stap in de wereld van batterij-elektrische auto’s. De accu’s zijn energiedichter, lichter, kleiner, veiliger en kunnen razendsnel opladen. En nog veel belangrijker: ze hebben veel meer range, tot meer dan 1.000 km. Maar echt tastbaar is de solid-state batterij nog niet. In deze video laten we aan jullie een solid-state batterij zien. Jawel, deze accutechnologie is nabij!
ASSB: All Solid State Battery
Ons bezoek aan Toyota gaat gepaard met een uniek college, gegeven voor hooggeplaatste functionarissen van Toyota, waaronder Hiroki Nakajima, Executive Vice President, Chief Technology Officer maar ook Keiji Kaita, President Carbon Neutral Engineering Development Center. Kaita is bij Toyota verantwoordelijk voor de ontwikkeling van de solid-state batterij. Die hij zelfs overigens een andere naam geeft: ASSB. Dit staat voor All Solid State Battery.
Jarenlang onderzoek
Toyota heeft jarenlang onderzoek gedaan naar solid-state batterijen en positioneert deze technologie als een van de sleutels naar de toekomst van elektrisch rijden. Toyota richt zich op ‘all-solid-state’ batterijen, dus met een volledig vaste elektrolyt, geen compromisformaten.
Vaste elektrolyt
Toyota solid-state-batterijen hebben een vaste elektrolyt, waardoor ionen sneller kunnen bewegen en ze beter bestand zijn tegen hoge spanningen en temperaturen. Deze eigenschappen maken solid-state batterijen geschikt voor snel laden en ontladen. Dit type batterij biedt ook meer vermogen in een kleinere vorm. Het doel van Toyota is om in 2027-2028 klaar te zijn voor commerciële toepassing van solid-state. Tot zover al even wat achtergrond.
Klaarstomen van alle gereedschappen
Waarom de solid-state batterij zo lang op zich laat wachten, heeft ook te maken met het klaarstomen van alle gereedschappen, maar ook met uitdagingen in de technische ontwikkeling. Een batterij met vloeibare elektrolyten zet door temperatuurverschillen uit of krimpt. Op den duur kunnen er scheurtjes ontstaan in de anode en cathode. Omdat deze batterij gevuld is met vloeistof worden die scheurtjes opgevuld. Probleem verholpen.
Bij solid-state is dat anders. In die batterij zitten droge materialen. Ook een solid-state batterij zet uit en krimpt. Als daar scheurtjes in ontstaan, is dat onomkeerbaar. Momenteel zijn de engineers van Toyota druk aan het puzzelen om dat probleem te ondervangen. De solid-state batterij heeft dus nog wat kinderziektes, maar is wel in aantocht.
De feiten van solid-state batterijen
Toyota’s eerste solid-state accu biedt naar verwachting 20% meer actieradius ten opzichte van de Performance-accu die rond 2026/2027 op de markt moet komen (circa 1.000 km) en een snellaadtijd van 10 minuten of minder (SOC = 10-80%).
Hoogte van batterij
Centraal in Toyota’s gedachtegoed staat de hoogte van de accu, die doorgaans onder de vloer van het voertuig is geplaatst. Dit kan leiden tot een algehele toename van de voertuighoogte, wat vervolgens een onevenredig groot effect heeft op het frontale oppervlak van het voertuig en daarmee op de actieradius. Als de hoogte van de accu kan worden verlaagd, betekent dit dat de totale hoogte van het voertuig kan worden verlaagd. Dit heeft gunstige gevolgen voor de aerodynamica van een voertuig en dus ook op de totale actieradius van een auto.
Hoe platter, hoe beter!
Steeds plattere accutechnologie is dus belangrijker dan je denkt. Het accupakket van de bZ4X, inclusief behuizing, is nu ongeveer 150 mm hoog. Toyota is van plan de hoogte van de accu in de nabije toekomst te verlagen naar 120 mm, en zelfs 100 mm in het geval van high-performance sportwagens waarbij een lage heuppositie ook wenselijk is.
Opgetrokken knieën verleden tijd
Deze verbeteringen in de accuhoogte kunnen een positieve invloed hebben op de actieradius, de rijbeleving en de configuratie, afhankelijk van hoe ze in de auto worden geplaatst. Een plattere batterij heeft als bijkomend voordeel dat de hoogte van de bodemvloer afneemt. Je zit bij huidige generaties BEV nu vaak met opgetrokken knieën achterin door de hoge bodemvloer. Een plattere batterij kan die nare eigenschap verhelpen.
Vier keer zo klein
In theorie kan een ASSB tot wel vier keer zo klein worden ten opzichte van een accu met vloeistof. Wat betreft gewichtsbesparing zijn de verschillen minimaal. Zelfs vergelijkbaar. Verschil in grondstoffen is er ook niet echt. De winst zit hem vooral in het formaat van de batterij. Een kleiner pakket met een hogere energiedichtheid, een tot wel vier keer langere levensduur, tot twee keer zo snel opladen en een grotere actieradius zijn de grootste pluspunten. Overigens: in China rijden er al BEV’s rond met ASSB. Toyota koopt nu nog zijn accu’s in bij het Japanse Panasonic, maar wil de ASSB’s in eigen beheer ontwikkelen en produceren. Op den duur kunnen andere autofabrikanten dan ook aankloppen bij Toyota om deze batterijen te gebruiken in hun eigen modellen.
Nieuwe motoren ook gepresenteerd
Uiteraard kan een solid-state batterij ook worden toegepast in hybride of plug-in hybride modellen, dus in combinatie met een brandstofmotor. Maar volgens Toyota heeft een hybride auto dat niet nodig. Vooral BEV’s krijgen dus ASSB. Hybrides en plug-in hybrides krijgen vooral vloeistofbatterijen.
Toyota geeft in Tokio ook meer details over de nieuwe motorenfamilie van het merk: een nieuwe 1.5 en 2.0 viercilinder, speciaal ontwikkeld voor geëlektrificeerde aandrijflijnen en in de basis ook geschikt voor waterstofverbranding. Toyota houdt bij de ontwikkeling van deze motoren in beginsel al rekening met de toevoeging van een elektromotor.
1.5 viercilinder, de ultieme hybride motor
De gloednieuwe 1.5 viercilinder vervangt de huidige 1.5 driecilinder en wordt gezien als de ultieme hybride motor. De nieuwe motor krijgt er dus een cilinder bij. Dit maakt de nieuwe motor minder hoog. Dat geeft designers en engineers weer ruimte om auto’s met een lagere neus te ontwikkelen. Dat is gunstig voor het brandstofverbruik. De nieuwe 1.5 viercilinder is geschikt voor non-turbo of juist met turbotechnologie. Dit zou de grotere 2.5 viercilinder van het merk overbodig kunnen maken. Onder meer de nieuwe generatie Toyota Yaris krijgt deze 1.5 viercilinder hybride aandrijflijn. Het vermogen van de viercilinder bedraagt 70 kW (95 pk) met een koppel van ongeveer 125 Nm.
2.0 Turbo: heel veel power en koppel
Een slag groter dan de 1.5 is de 2.0 Turbo. Ook een viercilinder. Deze motor moet de huidige 2.4 benzinemotor vervangen. De nieuwe 2.0 is ongeveer 10 procent compacter. Ook dit blok is geschikt voor turbotechnologie. De 2.0 Turbo kan tot wel 294 kW (400 pk) leveren en meer dan 500 Nm aan koppel. Mogelijk gebruikt Toyota de nieuwe 2.0 Turbo ook in de nieuwe Celica die in de startblokken staat. De nieuwe 2.0 Turbo is zowel in lengterichting als overdwars te gebruiken en kan gekoppeld worden aan een handbak, automaat, CVT en eCVT.
Nieuwe brandstofmotoren blijven belangrijk
Toyota blijft brandstofmotoren ontwikkelen en daar heeft het bedrijf een goede reden voor. Want wereldwijd heeft 97% van alle voertuigen een brandstofmotor. Hierbij gaat om ongeveer 1,5 miljard voertuigen. Dus de behoefte naar brandstofmotoren blijft gigantisch. De wereld is natuurlijk groter dan Nederland. In Nederland ligt de focus sterk op batterij-elektrische auto’s, maar dat is wereldwijd een compleet ander verhaal. Door bestaande auto’s met een brandstofmotor te laten rijden op koolstofneutrale brandstoffen kan al enorm helpen om de wereldwijde uitstoot van CO2 drastisch te verlagen. Vandaar dat Toyota ook maximaal inzet op deze technologie. Uiteraard gaan we naar een mix van verschillende aandrijflijnen, omdat elke regio zijn eigen behoeftes heeft.