In de strijd om de opwarming van de aarde te stoppen, zullen transport en de auto-industrie twee van de belangrijkste spelers zijn. Wereldwijde autofabrikanten streven er daarom naar om de schoonste, meest efficiënte en meest kosteneffectieve optie voor de toekomst te vinden — aangezien dit de verkoop veilig zal stellen.
De huidige winnaar is batterij-aangedreven elektrische voertuigen (EV's), voornamelijk aangedreven door lithium-ionbatterijen. Batterijen hebben echter veel nadelen, waaronder een beperkte levensduur en prijs. Om deze problemen aan te pakken, zoeken fabrikanten naar alternatieven. Een optie die aan populariteit wint, is waterstof brandstofcellen, maar zijn deze beter dan batterijen? Lees verder om de juiste oplossing voor u te ontdekken!
Inhoudsopgave
Wat is een batterij?
Wat is een waterstofbrandstofcel?
Batterijen versus waterstofbrandstofcellen: de verschillen
Batterijen versus waterstofbrandstofcellen: wat is beter?
Conclusie
Wat is een batterij?
Een batterij is een apparaat dat energie kan opslaan en vervolgens kan ontladen door chemische energie om te zetten in elektriciteit, indien nodig. De ontlading van elektriciteit wordt bereikt door de chemische reactie in een of meer elektrochemische cellen. Dit betekent dat batterijen met meer cellen in staat zijn tot een hogere elektrische ontlading.
Hoe wekken elektrochemische cellen elektriciteit op?
- Elektrochemische cellen hebben twee aansluitingen (elektroden), die via een poreuze brug met elkaar verbonden zijn.
- De elektroden geven een elektrische lading (elektronen) door aan elkaar via een poreuze brug. Deze brug bevat een chemische stof die elektrolyt wordt genoemd.
- Doordat elektronen verloren gaan bij de negatieve elektrode/aansluiting (anode) en via de elektrolyt naar de positieve elektrode/aansluiting (kathode) gaan, ontstaat er een verschil in lading of spanning van de ene naar de andere kant, waardoor er een stroom van elektriciteit ontstaat.
Batterijen kunnen oplaadbaar of voor eenmalig gebruik zijn en kunnen van veel verschillende materialen zijn gemaakt. Enkele van de meest voorkomende materialen zijn alkaline, lithium-ion, lithium-polymeer, nikkel-metaalhydride.
Afhankelijk van het aantal elektrochemische cellen kunnen batterijen op verschillende manieren worden gebruikt. Grotere batterijen kunnen bijvoorbeeld elektrische auto's van stroom voorzien, terwijl een kleinere batterij kan worden gebruikt om een lamp of boormachine van stroom te voorzien.
Wat is een waterstofbrandstofcel?
Waterstofbrandstofcellen hebben, net als batterijen, een anode, kathode en een poreuze elektrolytbrug. In plaats van chemische energie te gebruiken, genereren waterstofbrandstofcellen echter elektriciteit door de reactie van zuurstof- en waterstofatomen, en aangezien het enige bijproduct water is, is het niet vervuilend om deze te gebruiken om energie te creëren.
Hoe wekken waterstofcellen elektriciteit op?
- De waterstof wordt naar de anode (negatieve pool) gevoerd, terwijl de zuurstof naar de kathode (positieve pool) wordt gevoerd.
- Bij de anode worden de waterstofatomen gescheiden in protonen (positieve lading) en elektronen (negatieve lading).
- De protonen bewegen door de elektrolytmembraanbrug naar de kathode, terwijl de elektronen een andere route nemen om elektriciteit op te wekken.
- De protonen en elektronen ontmoeten elkaar bij de kathode, waar ze zich verbinden met zuurstof. Hierdoor ontstaat elektriciteit, terwijl warmte en water als bijproduct ontstaan.
Waterstofbrandstofcellen zijn schoon, maar minder krachtig dan verbrandings- en chemische batterijen. Om voldoende elektriciteit te creëren voor machines, voertuigen en andere elektronische apparaten, worden daarom veel waterstofbrandstoffen op elkaar gestapeld.
Batterijen versus waterstofbrandstofcellen: de verschillen
Efficiënt:
Momenteel zijn traditionele batterijen efficiënter dan waterstofbrandstofcellen, omdat ze meer vermogen leveren. Dit is een van de belangrijkste redenen dat grote EV-fabrikanten, zoals Tesla en BYD, batterijen blijven gebruiken in hun fabricageprocessen. Met voldoende investeringen en onderzoek zou dit echter kunnen veranderen.
Ondanks hun lagere efficiëntie zijn waterstofbrandstofcellen de beste keuze voor grotere voertuigen, waaronder vrachtwagens en NASA-raketten. De belangrijkste reden hiervoor is het gewicht.
Gewicht en maat
Batterijen zijn zwaar en wanneer ze worden gebruikt voor grote vrachtwagens met een groot bereik of andere grote voertuigen, kan dit extra gewicht de voordelen "overtreffen". Waterstofbrandstofcellen zijn daarentegen compacter en lichter — met meer energie in minder massa. Dit betekent dat ze bij gebruik in grote voertuigen het gewicht verlagen en dus een groter rijbereik mogelijk maken. Om een voorbeeld te geven: een vrachtwagen met een bereik van 800 kilometer zou zijn gewicht met 2 ton verminderen als hij waterstofbrandstofcellen zou gebruiken in plaats van batterijen.
Toxiciteit
Waterstofbrandstofcellen zijn de schonere optie, omdat ze alleen warmte en water als bijproduct produceren en geen giftige stoffen bevatten. Batterijen zijn daarentegen notoir moeilijk af te voeren, met slechts 5% van lithium-ionbatterijen die worden gerecycled. Batterijen bevatten giftige metalen componenten, waaronder kobalt, nikkel en mangaan, die vaak in de aarde lekken via stortplaatsen en waterbronnen verontreinigen. Bovendien hebben ze een korte levensduur van slechts vijf jaar (of korter als ze volledig worden ontladen of niet onderhouden) zouden er meer batterijen geproduceerd moeten worden dan waterstofbrandstofcellen.
Infrastructuur voor opladen/tanken
Waterstofbrandstofcellen hoeven niet te worden opgeladen, ze hoeven alleen maar te worden bijgetankt. Dit betekent dat de gebruiker in plaats van uren te wachten om een batterij op te laden, of deze te moeten vervangen als deze leeg is, gewoon kan bijtanken — wat 15 minuten duurt. Bovendien is bijtanken kosteneffectief, omdat waterstofbrandstofcellen alleen waterstof en zuurstof nodig hebben. Er blijft echter een probleem met de toegankelijkheid, aangezien waterstof niet altijd gemakkelijk toegankelijk is. Dit zou kunnen veranderen met meer infrastructuur en investeringen.
Prijs
Kosten voor batterijen en waterstofbrandstoffen worden niet alleen bepaald door de prijs, maar ook door onderhoudskosten, oplaad-/tanktijden en andere soortgelijke factoren. De kosten van een batterij, evenals het onderhoud en/of de vervanging ervan, blijven hoog, terwijl de oplaadtijd lang is. Waterstofbrandstofcellen zijn daarentegen vrij kosteneffectief, met snelle tanktijden, en zijn bovendien lichter en geschikt voor lange afstanden. De kosten van de grondstoffen die betrokken zijn bij de productie van deze waterstofbrandstoffen, zoals platynum, zijn echter hoog.
Batterijen versus waterstofbrandstofcellen: wat is beter?
Omdat er een gebrek is aan infrastructuur voor waterstofbrandstofcellen en er nog steeds innovatiemogelijkheden zijn voor batterijen, is het niet de vraag wat nu beter is, maar wat in de toekomst beter zal zijn.
Momenteel worden waterstofbrandstoffen beschouwd als de betere optie voor grotere voertuigen, zoals raketten, treinen, vliegtuigen, schepen en zelfs sommige bouwvoertuigen. Dit komt doordat ze lichter zijn, geen lange oplaadtijden nodig hebben en duurzamer zijn dan batterijen. Dankzij het ontbreken van bewegende onderdelen zijn ze ook erg stil, wat ideaal is voor langere reizen.
Voor de kleinere voertuigen die door de meerderheid van de bevolking worden gebruikt, blijven batterijen echter de voorkeursoptie. Van auto's, motoren en busjes wordt niet verwacht dat ze continu lange afstanden afleggen, wat betekent dat ze geen enorme batterijen nodig hebben — wat betekent dat ze minder wegen en kortere oplaadtijden hebben. Dit kan echter op het punt staan te veranderen, aangezien waterstof gemakkelijker verkrijgbaar wordt op de weg en grote autofabrikanten, waaronder Toyota, Hyundai en Honda ontwikkelen waterstofbrandstofcelauto's.
Conclusie
Batterijen, en met name lithium-ionbatterijen, staan nog steeds bovenaan in de productie van elektrische voertuigen, maar de afhankelijkheid van niet-hernieuwbare mineralen betekent het onvermijdelijke einde van deze energiebron. De waterstofbrandstofceltechnologie, hoewel nog in ontwikkeling en momenteel duurder dan lithium-ionbatterijen, is schoon, flexibel en energie-efficiënt.
Dankzij deze kwaliteiten, samen met de doelen van wereldwijde overheden om de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te beperken en emissies te verminderen, wordt verwacht dat waterstofbrandstofcelvoertuigen in de nabije toekomst batterij-aangedreven elektrische voertuigen zullen vervangen. Toenames in investeringen en technologische vooruitgang zullen leiden tot een hogere efficiëntie van waterstofbrandstofcellen, wat zal leiden tot een verwachte waardering van meer dan USD 131 miljard tegen 2023, een stijging ten opzichte van slechts $ 1.9 miljard in 2021.
B2B e-commerce websites, zoals Cooig.com, biedt wereldwijde koop- en verkoopdiensten aan fabrikanten van zowel batterijen als waterstofbrandstofcellen.
