Kalium-ionaccu's: goedkope opvolger van lithium?

Kalium-ionaccu's zijn een opkomende technologie die dezelfde energiedichtheid kan bereiken als sommige lithiumaccu's, maar tegen lagere kosten. Omdat kalium overal verkrijgbaar is en goedkoop te winnen, kunnen deze accu's een betaalbaar alternatief worden voor grootschalige opslag en budget-EV's.

Hoe werkt een kalium-ionaccu?

Kalium-ionaccu's werken op eenzelfde principe als lithium-ionaccu's: ionen bewegen tijdens het laden en ontladen tussen de twee elektroden. Het verschil is dat ze gebruikmaken van kaliumionen (K+) in plaats van lithiumionen (Li+). Kalium is alkalimetaal en heeft als voordeel dat het in voldoende mate aanwezig is in zeewater en aardkorst, waardoor de grondstofprijs laag is.

De uitdaging is dat kaliumionen groter zijn dan lithiumionen, wat het vinden van geschikte elektrodematerialen lastiger maakt. Onderzoekers testen onder andere prussisch blauw, hard carbon en organische verbindingen als elektroden. Deze materialen blijken verrassend goede prestaties te leveren, met een theoretische energiedichtheid die vergelijkbaar is met lithium-ijzerfosfaat (LFP).

Voordelen ten opzichte van lithium

Door de lage grondstofprijs liggen de productiekosten van kalium-ionaccu's naar schatting 20-30 procent lager dan die van lithium-ijzerfosfaataccu's. Dit kan de prijs van accu's, en daarmee EV's, significant verlagen.

Uitdagingen en onderzoek

De grootste uitdaging is het vinden van elektrodematerialen die lang meegaan. De grotere kaliumionen veroorzaken meer spanning op het kristalrooster, waardoor de elektrode sneller degradeert. Onderzoekers werken daarom aan nanogestructureerde materialen en coatings om dit te verminderen.

Een ander knelpunt is de energiedichtheid op volumebasis. Kalium heeft een lagere max potentiaal dan lithium, waardoor de celspanning lager ligt. Hierdoor is de energiedichtheid per liter iets lager, maar dat kan worden gecompenseerd met een grotere cel.

Toch boekt het onderzoek snelle vooruitgang. Sinds 2020 zijn er verschillende prototypes gepresenteerd die honderden cycli volhouden. De verwachting is dat de eerste commerciële kalium-ionaccu's rond 2026-2030 op de markt komen voor energieopslag, niet direct voor auto's.

Gebruik in elektrische auto's

Voorlopig zijn kalium-ionaccu's vooral geschikt voor stationaire opslag, zoals thuisbatterijen of bufferbatterijen bij laadpalen. Hun lagere energiedichtheid maakt ze minder aantrekkelijk voor auto's, waar gewicht en ruimte belangrijk zijn. Maar voor goedkope stadsauto's of tweedewagens met een actieradius van 150-250 kilometer kunnen ze een interessante optie zijn.

Als de techniek volwassen wordt, zou een kalium-ionaccu een accupakket kunnen opleveren dat circa 10-15 procent goedkoper is dan een vergelijkbaar lithiumpakket. Voor de consument betekent dat een EV met een prijs van circa 20.000 tot 25.000 euro, afhankelijk van de rest van de auto.

Veelgestelde vragen

Zijn kalium-ionaccu's veilig?

Over het algemeen zijn ze veiliger dan lithium-ionaccu's, omdat kalium minder snel oververhit raakt en er geen exotische materialen nodig zijn. Ze kunnen echter nog steeds vlam vatten bij kortsluiting, dus dezelfde veiligheidsmaatregelen zijn nodig.

Kunnen bestaande accufabrieken omgeschakeld worden naar kalium-ion?

De productieprocessen lijken veel op die van lithium-ion, maar de elektrodematerialen en het elektrolyt verschillen. Dit betekent dat bestaande lijnen deels kunnen worden aangepast, maar er zijn investeringen nodig.

Wat betekent dit voor de lithiumprijs?

Als kalium-ion accu's op grote schaal worden geproduceerd, kan de vraag naar lithium afvlakken, wat de prijs drukt. De verwachting is dat beide technologieën naast elkaar bestaan, met lithium voor high-end auto's en kalium voor budgetmodellen.