Van NMC naar NMCA: aluminium als stabilisator

NMC-accu's domineren de huidige elektrische auto's. Door aluminium toe te voegen (NMCA) worden de prestaties op het gebied van stabiliteit en levensduur verbeterd. In dit artikel vergelijken we beide materialen en bekijken we de impact op de praktijk.

Wat is NMC en waarom aluminium?

NMC staat voor nikkel-mangaan-kobalt, de drie metalen die de kathode vormen. De verhouding tussen deze metalen bepaalt de eigenschappen: veel nikkel geeft een hoge energiedichtheid, mangaan zorgt voor stabiliteit en kobalt verhoogt de levensduur maar is duur en schaars. NMC-cellen met een hoge nikkelratio (bijvoorbeeld 811) worden veel gebruikt in moderne EV's.

Aluminium wordt toegevoegd als doteringsmateriaal: slechts een klein percentage (vaak 1–5%) vervangt een deel van het kobalt of mangaan. Die toevoeging verandert de kristalstructuur zodanig dat de kathode minder snel degradeert bij hoge temperaturen en bij veel laadcycli.

Vergelijking van eigenschappen

Hoe aluminium de stabiliteit verbetert

Het geheim zit in de kristalstructuur. In NMC kan de laagstructuur tijdens het laden en lossen vervormen, vooral bij hoge spanningen (>4,3 V). Dit leidt tot microscheurtjes en verlies van capaciteit. Aluminium heeft een sterke binding met zuurstof, waardoor de structuur steviger wordt verankerd. Hierdoor blijft de kathode stabiel, zelfs bij hoge laadspanningen.

Een bijkomend voordeel is dat er minder kobalt nodig is. Kobalt is duur en de winning kent ethische bezwaren. Door aluminium te gebruiken, kunnen fabrikanten de kosten verlagen en de duurzaamheid verbeteren, zonder grote concessies aan de energiedichtheid.

Toepassing in elektrische auto's

NMCA wordt vooral gebruikt in accu's voor premium elektrische auto's en in hoogwaardige energieopslagsystemen. Bijvoorbeeld, sommige modellen van LG Energy Solution gebruiken NMCA-kathoden voor een langere garantieperiode (bijv. 10 jaar of 300.000 km). De iets lagere energiedichtheid wordt gecompenseerd door een langere levensduur, waardoor de totale actieradius over de levensduur gelijk blijft.

Voor bestaande NMC-accu's is de overstap naar NMCA relatief eenvoudig, omdat de productieprocessen vergelijkbaar zijn. Daardoor kost het weinig tijd om de technologie in de fabrieken te implementeren.

De toekomst van kathodematerialen

NMCA is een tussenstap naar nog innovatievere materialen, zoals lithium-ijzerfosfaat (LFP) voor betaalbare modellen en lithium-rijke of kobaltvrije kathoden voor de lange termijn. Voorlopig blijft NMCA echter een aantrekkelijke optie voor wie het beste van twee werelden wil: een redelijke energiedichtheid, een goede levensduur en lagere kosten dan pure NMC-accu's.

Fabrikanten onderzoeken ook combinaties met silicium-anodes om de energiedichtheid nog verder te verhogen. Een NMCA-accu met silicium-anode kan theoretisch 350–400 Wh/kg halen, maar dat zal nog enkele jaren duren voordat het commercieel beschikbaar is.

Veelgestelde vragen

Is NMCA geschikt voor snelladen?

Ja, NMCA is zelfs beter bestand tegen de stress van snelladen dan sommige NMC-varianten, dankzij de stabielere kristalstructuur. De laadsnelheid wordt echter ook beperkt door andere factoren, zoals de anode en het thermisch management.

Heeft NMCA een kortere levensduur dan LFP?

Nee, NMCA heeft doorgaans een vergelijkbare of iets kortere levensduur dan LFP, maar levert wel een hogere energiedichtheid. LFP kan meer cycli aan, maar heeft een lagere specifieke energie.

Waarom wordt NMCA niet in alle elektrische auto's gebruikt?

De toevoeging van aluminium kost iets aan energiedichtheid, wat voor fabrikanten van betaalbare auto's minder aantrekkelijk is. Ook de beschikbaarheid van grondstoffen en de productie-eisen spelen een rol.