Nieuwe batterijen van de toekomst: 7 mijlpalen
Al eens bij stilgestaan hoe onmisbaar batterijen zijn geworden? Niet te verwonderen dus dat het onderzoek naar betere batterijen in een stroomversnelling zit. Nieuwe batterijen die veiliger en milieuvriendelijker zijn, maar ook compacter én performanter. Welke doorbraken boekten de onderzoekers de voorbije jaren? Kijk even mee naar 7 van de ‘mijlpalen’ waarvan jij straks meegeniet.
Je laptop in 30 seconden opladen. Je smartphone pas om de week moeten opladen. In 10 minuten weer klaar zijn voor het volle rijbereik van je elektrische wagen. En minder warmteontwikkeling. Betere batterijen? Daar kan iedereen zich wel wat bij voorstellen. Over de hele wereld wordt dan ook gewerkt aan de volgende generatie batterijen.
Nieuwe batterijen voor veiligheid en milieu
Onderzoekers zijn voortdurend op zoek naar nieuwe soorten batterijen, maar waarom? Er zijn verschillende redenen, maar veiligheid en milieuvriendelijkheid zijn de voornaamste.
De nieuwe batterijen moeten veiliger worden in hun chemische samenstelling en zo weinig mogelijk zeldzame grondstoffen bevatten. Zo zullen de positieve effecten op mens en milieu doorwegen in een toekomst waarin batterijen een steeds belangrijke rol spelen.
Maar nieuwe batterijen moeten ook beantwoorden aan de noden van de markt: snellere oplaadtijden, een langere rijtijd in een elektrisch voertuig, betaalbare groene energie voor particulieren en bedrijven, enz..
Daarom staan batterijen momenteel in het middelpunt van innovatieve ontwikkelingen. Deze 7 mijlpalen zijn al bereikt of in opmars.
1. De warmtebestendige batterij
Oplaadbare lithium-ion batterijen hebben heel wat pluspunten. Maar ook minpunten. Warmte-ontwikkeling, bijvoorbeeld. De batterij kan dan beschadigd raken en aan capaciteit verliezen.
'Hoe maken we de batterij beter bestand tegen warmte? ' vroegen onderzoekers van Penn State University zich af. Hun antwoord is een batterij die opwarmt tot +/- 60°C en dan weer afkoelt. Daarvoor zorgt de nikkelfolie aan de - pool van de batterij. Daardoor kan ze tot 1700 volledige laadcycli aan. En de batterij van een elektrische wagen is in amper 10 minuten weer opgeladen. Cool, toch?
2. De vaste-stof EV batterij
Het Battery Innovation Centre (BIC) van de onderzoeksgroep MOBI (Vrije Universiteit Brussel) is bekend als ‘hotspot’ van batterij-onderzoek, onder meer naar solid-state (vaste-stof) batterijen. Daarin wordt het vloeibare elektrolyt vervangen door een vast materiaal. Krachtiger, kleiner, veiliger en goedkoper.
In oktober 2019 pakte MOBI uit met een ultramoderne dry room voor de productie van nieuwe batterij-technologieën. Hiermee wil MOBI de capaciteit van batterijen voor elektrische auto's stevig verhogen, zodat het rijbereik van elektrische wagens wordt uitgebreid (tot 800 km en meer), de batterijkosten dalen en elektrische wagens goedkoper worden.
Inmiddels zijn er werkende prototypes van solid-state batterijen met meer dan 1000 laadcycli en hogere energiedichtheid. Toyota test momenteel een conceptwagen met deze technologie. Volkswagen heeft bevestigd dat het in 2025 de eerste solid-state batterijproductielijnen opstart in Europa.
3. De batterij voor energieopslag
Megabatterijen
Steeds meer natuurlijk opgewekte stroom is afkomstig van zonnepanelen en windmolens, zelfs van de getijden van de zee. #duurzaam is hét sleutelwoord voor energie. Maar waar kan je alle groene stroom die niet meteen verbruikt wordt, opslaan? In superbatterijen, stelde Tesla al in 2017, toen het een mega lithium-ion batterij in Australië bouwde, goed voor 100 megawatt.
Daar bleef het niet bij. In 2018 was België aan de beurt, met een even krachtige megabatterij in het Limburgse Dilsen-Stokkem. De eerste in Europa. In 2020 heeft ook Gent een Megabatterij gekregen voor de Nieuwe Dokken, die een optimaal beheer van de energiestromen moet voorzien voor een nieuwbouwproject. Sindsdien is het aantal grootschalige batterijopslagsystemen in België aanzienlijk gestegen.
Battery-as-a-Service (BaaS)
In de auto-industrie worden de grenzen van ‘Battery-as-a-Service’ afgetast. Een elektrisch voertuig op de markt gebracht wordt zonder batterij. Als EV-eigenaar lease je in dat geval een batterij die aan je noden van het moment voldoet. Als je bijvoorbeeld voornamelijk korte ritjes maakt, dan kan je een compacte batterij aanschaffen met een lager rijbereik. Moet je toch eens wat verder rijden, dan wissel je je batterij bij een servicestation in voor een exemplaar met sterkere accucapaciteit.
Het BaaS-model groeit verder in Azië en breidt voorzichtig uit in Europa. NIO heeft al meer dan 2000 batterijwisselstations in China. In België blijven dergelijke systemen voorlopig zeldzaam, maar de interesse vanuit leasingmaatschappijen neemt toe.
Energy Storage Systems (thuisbatterijen)
In ons land zitten ook Energy Storage Systems (ESS), waaronder thuisbatterijen in de lift, zeker in combinatie met zonnepanelen. Ze zullen wellicht verder doorbreken - als ook de prijs en terugverdientijd democratischer worden.
In de categorie van thuisbatterijen vinden we ook een alternatief voor de lithium-ion batterij: de zoutwaterbatterij. Die is veiliger en milieuvriendelijker, maar door de lage energiedichtheid wel zwaarder en groter. Dit is een ontwikkeling met veel potentieel in onze ambitie om steeds ecologischere oplossingen te vinden voor energieopslag.
Gebruikte batterijen van elektrische voertuigen kunnen eveneens voor energie-opslag worden gebruikt. Een afgedankte lithium-ion batterij van een elektrische bus of auto kan waarschijnlijk nog 7 tot 10 jaar dienst doen voor het opslaan van zelf opgewekte energie.
4. De lithium-zwavel batterij
VITO, UHasselt, IMEC, KU Leuven en EnergyVille zijn volop aan de slag met een veelbelovend nieuw batterijtype: de lithium-zwavelbatterij. Dat is een batterij die geen kobalt en nikkel nodig heeft, wat toxische materialen zijn waarbij grote hoeveelheden water en energie nodig zijn voor de ontginning. In de plaats daarvan werkt de batterij met zwavel, de op twee na meest voorkomende grondstof op aarde, die vaak wordt beschouwd als een afvalproduct.
De technologie staat nog niet volledig op punt, maar ziet er wel hoopvol uit. De lithium-zwavelbatterij heeft het potentieel om vijf keer meer energie op te slaan dan de huidige lithium-ionbatterij!
5. De batterij die CO2 aanzuigt
Een batterij dient niet altijd om apparaten te doen werken of auto’s te doen rijden. Er is er sinds 2019 ook één die CO2 uit de omringende lucht of uit specifieke industriële gassen haalt. Het waren de onderzoekers van het MIT (Massachusetts Institute of Technology) die een electro swing battery ontwikkelden. Vergelijk het met een stofzuiger. De batterij heeft een bekleding van polyanthraquinone rond haar elektroden. Die coating trekt koolstofdioxide-deeltjes aan die daarna worden opgeslagen of verder gebruikt. Wetenschappers voorzien nog veel meer toepassingen voor deze technologie. En dat is goed nieuws voor een schoner milieu!
Hoe dat werkt, zie je hier.
In 2023 werd een verbeterde versie gepresenteerd met 30% hogere CO₂-opnamecapaciteit en commerciële testprojecten in industriële omgevingen.
6. De CO2-concurrent voor lithium-ion
CO2 (koolstofdioxide) speelt nog op een andere manier een rol in de zoektocht naar betere batterijen. Met name in het onderzoek naar méér batterijcapaciteit voor minder gewicht. Lithium-ion krijgt binnenkort stevige concurrentie. Want (bijvoorbeeld) de combinatie van lithium en CO2 houdt tot 7 keer meer stroom vast dan lithium-ion vandaag. Probleem is wel dat die CO2 zich vastzet in de batterij, waardoor de capaciteit op den duur vermindert. Een probleem waarin onderzoekers van de Universiteit van Illinois zich hebben vastgebeten. In dit geval zorgde molybdeendisulfide (MoS2) in 2019 voor een bruikbare lithium-CO2 batterij.
7. EV batterijen supersnel opladen
In Israël heeft een start-up (StoreDot) een technologie ontwikkeld die de grootste stress van EV-bestuurders kan wegnemen: de beperkte actieradius. Hun systeem kan een lege batterij immers volledig opladen in slechts 5 minuten.
In 2024 werden de eerste testwagens met deze technologie uitgerold in samenwerking met Polestar en VinFast. De commerciële doorbraak hangt af van infrastructuur zoals extreem krachtige laadstations en aangepaste netcapaciteit.
