Battery Day Tesla - Achtergrond

Wat betreft de concrete productaankondigingen bleef het nieuws beperkt: de Model S krijgt een nieuw topmodel in de vorm van de Plaid, een bizarre auto met 1.100 pk. Daarnaast moet er binnen drie jaar een Tesla van 25.000 dollar op de markt komen. Dat is interessant, want het zou betekenen dat elektrisch rijden opeens bereikbaar wordt voor een bredere doelgroep. Om een elektrische auto voor die prijs te kunnen aanbieden, heeft Tesla naar eigen zeggen de samenstelling en het productieproces van de batterijen verbeterd. Volgens experts Auke Hoekstra (onderzoeker bij de TU Eindhoven en oprichter van ZEnMo Simulations) en Maarten Steinbuch (hoogleraar Systems & Control aan de TU Eindhoven) vormen die aangekondigde optimalisaties het belangrijkste nieuws.

DE BATTERIJ

In hoofdlijnen heeft Tesla vier verbeteringen aan de batterij geïntroduceerd, die bij elkaar opgeteld voor een 54 procent grotere actieradius moeten zorgen. Allereerst is het ontwerp van de cellen in de batterij aangepast. Tesla noemt het een tabless design, maar wat betekent dat precies? “Een batterij bestaat uit een anode en een kathode, de plus en de min”, vertelt Hoekstra. “Eigenlijk zijn die cellen opgerolde folies een anodefolie en een kathodefolie met een folie die ze van elkaar scheidt. Wat Tesla met de nieuwe cellen gaat doen, is dat het niet meer aan de positieve folie een lipje soldeert waarmee je het kunt aftappen. Het drukt nu als het ware die positieve folie over de hele lengte meteen tegen de plus van de batterij aan. De elektronenpaden worden veel korter, waardoor de temperatuur in de batterij minder snel oploopt.” Als die temperatuur lager blijft tijdens het laden en ontladen is dat gunstig voor de levensduur en kan er bovendien sneller worden geladen.

Daarnaast is er sprake van andere materialen voor zowel de anode als de kathode. Voor de anode gaat Tesla silicium gebruiken in plaats van grafiet. “Het voordeel van siliciumlaagjes is dat ze veel meer lithiumionen kunnen opnemen”, legt Steinbuch uit. “Hoe meer je kunt opnemen, hoe hoger de energiedichtheid per volume en per kilogram van de batterij. Tot nu toe was het nadeel van silicium dat het sterk in volume toenam. Als het zich bij het opladen vol zuigt met lithium ionen wordt de anode veel groter. Die zet uit en barst kapot. De levensduur van een batterij met een silicium anode is momenteel gewoon te klein. Door een soort constructieve packing toe te passen, zorgt Tesla ervoor dat het uitzetten van de anode wordt tegengegaan.”

Voor de kathode stapt Tesla af van het gebruik van kobalt, een schaarse grondstof waarvan de winning zeker niet onomstreden is. Daarnaast zal het batterijpakket een structureel element van de auto vormen. “Tesla gaat de stijfheid van de cellen gebruiken om de auto steviger te maken”, aldus Hoekstra. “In plaats van een stevige onderkant waar de cellen en verpakking in kunnen worden geplaatst, maak je van de cellen en verpakking zelf de onderkant. Dit geeft aan dat Tesla echt heel fundamenteel nadenkt over hoe een elektrische auto in elkaar zit. Het is geen auto waar je batterijen in stopt, maar de batterijen zijn een integraal onderdeel van de constructie.”

TESLA TEGEN DE REST

Bij elkaar opgeteld moeten de verbeteringen aan de batterij volgens Tesla leiden tot een kostenreductie per kWh van 56 procent. Aan de productiekant wordt de benodigde investering per GWh zelfs teruggedrongen met 69 procent. Musk hangt daar een termijn van drie jaar aan. Dan moet ook de ‘goedkope’ Tesla op de markt verschijnen.

Zijn al deze cijfers en de aangekondigde ontwikkelingen geloofwaardig? Beide experts denken van wel, maar zetten vraagtekens bij de gestelde termijn. “Dat zou zo maar eens vier of vijf jaar kunnen zijn”, zegt Steinbuch. “Ik heb altijd geroepen dat elektrisch rijden vanaf 2025 voor iedereen goedkoper wordt in de aanschaf.” Hoekstra geeft een antwoord van een vergelijkbare strekking. “Dit is echt goed als het binnen tien jaar wordt bereikt en uitzonderlijk goed als het binnen vijf jaar wordt bereikt. Binnen drie jaar vind ik erg optimistisch. Mocht het Tesla binnen drie jaar lukken, dan zou dat de boel direct op z’n kop zetten.”

Waar staat Tesla met deze ontwikkelingen in verhouding tot de gevestigde orde in de auto-industrie? Beide experts zijn van mening dat de vorderingen van traditionele autofabrikanten zeker niet moeten worden onderschat. “Waar het denk ik aan schort bij de andere autofabrikanten is met name dat ze op de leercurve een paar jaar achterlopen op Tesla”, stelt Steinbuch vast. “Overigens zijn de Renault Zoe en de Nissan Leaf er ook al heel lang. De volumes van Tesla zijn echter toch wel significant hoger. Tesla’s ontwikkelingsdynamiek lijkt meer op die van een Silicon Valley-scale-up dan op die van een gevestigd bedrijf als Volkswagen of Renault. Ik verwacht dat die partijen er uiteindelijk bij gaan komen, maar Tesla loopt wel een stukje voor.”

Hoekstra sluit zich daarbij aan. Hij denkt dat de voorsprong van Tesla kleiner is dan het bedrijf beweert. “In de innovatiewetenschap is het een heel bekend fenomeen dat bedrijven die marktleider zijn in een bepaalde markt het heel lastig vinden om een echt radicale innovatie te omarmen. Daardoor heeft Tesla het sinds jaar en dag veel gemakkelijker. Niettemin zou ik wel zeggen: als Volkswagen er echt voor gaat, en dat lijkt het te doen, dan kan het wel betere auto’s maken dan Tesla. Het is heel leuk wat Tesla nu gaat doen met die nieuwe structuur van de batterij, maar dat kan Volkswagen binnenkort ook.”

GEMAKSPRODUCTEN

De ontwikkeling van EV’s lijkt sneller te gaan dan een aantal jaren geleden werd gedacht. Niet alleen autofabrikanten spelen hier in toenemende mate op in, maar ook brandstofleveranciers als Shell moeten met het oog op de toekomst hun verdienmodellen herzien. Shell zet daarbij voornamelijk in op EV’s. Momenteel heeft het bedrijf in Nederland ruim 100 snellaadpunten bij zijn tankstations. Tegen het eind van het jaar zullen dat er zo’n 200 zijn. “De grote ontwikkeling voor de komende vijf jaar als je kijkt naar personenauto’s zit echt bij EV’s”, vertelt Hilmar van den Dool, General Manager Retail bij Shell en verantwoordelijk voor alle tankstations in de Benelux en Frankrijk. Shell is ook bezig met het bouwen van waterstoftankstations, maar Van den Dool verwacht dat het vooral het zware vrachtverkeer is dat in de toekomst waterstof gebruikt.

Veel bestuurders van een elektrische auto laden hun auto thuis op, of op het werk. Dat brengt voor Shell op termijn een uitdaging met zich mee. “De hele waardeketen verandert. Iemand die op benzine rijdt, haalt 100 procent van het volume op het benzinestation. Iemand die elektrisch rijdt, laadt gemiddeld 90 tot 95 procent thuis op en een klein stukje onderweg. Het totale deel van de koek op dat vlak zal voor ons kleiner zijn. Tegelijkertijd is de handel van tankstations allang niet meer alleen brandstof. We zitten veel meer in de gemaksproducten. Het tankstation wordt een plek waar gasten letterlijk en figuurlijk even kunnen opladen. Dit zijn echt andere verdienmodellen.”

Het is niet meteen over en uit voor de traditionele brandstofmarkt. Shell voorspelt dat op een termijn van 15 jaar het aandeel van fossiele brandstof in het wagenpark ongeveer halveert en dat de conventionele brandstofauto’s na verloop van tijd worden uitgefaseerd. “Nieuw verkochte auto’s gaan ergens in de komende 15 jaar volledig over op batterij-elektrisch”, voorspelt Van den Dool. “Dan heeft dus een natuurlijke uitfasering van de eerder verkochte auto’s met verbrandingsmotoren plaats. Wat er dan bij ons op de tankstations gebeurt, is dat het aantal pompposities voor benzine en diesel geleidelijk wordt terug gedrongen. Dat creëert dan weer meer ruimte voor elektrische laders.”