TU Delft zet in op batterij van de toekomst

Kunnen we batterijen ontwikkelen die gemaakt worden van andere grondstoffen dan kobalt of nikkel, of zelfs zonder lithium, die minder schaars zijn of minder het milieu belasten, zonder aan prestaties in te boeten? In Delft worden de nieuwe materialen voor de volgende generaties batterijen ontwikkeld. “Het batterijenonderzoek bestaat al lang maar je zou kunnen stellen dat het nog in de kinderschoenen staat,” zegt hoogleraar Marnix Wagemaker. Daarin ziet hij een kans: “Er is nog heel veel mogelijk. Nu zijn we afhankelijk van kritische elementen zoals kobalt, nikkel en lithium. Er zijn alternatieven, maar die werken nog niet zo goed. We kijken naar nieuwe materialen die minder schaars zijn en waarvan de winning een minder grote impact op het milieu heeft, maar met even goede prestaties, dus waarmee de elektrische auto bijvoorbeeld even ver kan rijden en even snel kan opladen. En we kijken naar materialen die goedkoper zijn voor de opslag van wind- of zonne-energie.”

Wagemaker startte het initiatief, e4batteryDelft, omdat samenwerking met andere batterij-experts binnen de TU Delft essentieel is: “Mijn achtergrond is in de natuurkunde en ik doe materiaalonderzoek (het onderzoeken van elektrochemische energieopslagprocessen in batterijen), maar daarbij is het net zo belangrijk waar en hoe materiaal gewonnen wordt, of het gerecycled kan worden, hoe de batterij gebruikt wordt, enzovoort – over die dingen moet al worden nagedacht bij het ontwikkelen.”

Meer informatie: Het TU Delft profiel van Marnix Wagemaker. Wagemaker werkte onder andere aan dit onderzoek waardoor accu’s in smartphones en e-auto’s twee keer zo lang mee kunnen – dat verlaagt de kosten en leidt tot minder afval.

 Batterijen spelen een cruciale rol in de energietransitie, sterker nog: duurzame energie is niet mogelijk zonder batterijen. Ze zijn nodig voor transport: elektrische schepen, vliegtuigen en vrachtwagens zullen batterijen nodig hebben. Ze kunnen daarnaast zonne- en windenergie opslaan. “Maar een batterij kan veel meer doen dan alleen energie opslaan, het kan bijvoorbeeld ook de pieken opvangen, of de spanningskwaliteit verbeteren of helpen congesties te voorkomen,” zegt hoogleraar Pavol Bauer. In zijn onderzoekstrajecten kijkt hij onder meer naar de rol van batterijen voor het distributienet, de batterij als middel om spanningskwaliteit te verbeteren, hoe batterijen gebouwen energieneutraal kunnen maken, welke rol energiehubs met batterijen spelen voor de industrie. “We kijken nu bijvoorbeeld naar de vliegvelden: hoe we met behulp van batterijen verschillende voertuigen daar elektrisch kunnen maken.”

De focus van zijn batterij-onderzoek ligt op de opslag van elektriciteit en de integraliteit van opslag systemen binnen het energiesysteem van de toekomst, zowel voor de elektrificatie van mobiliteit, als voor het elektriciteitsnet zelf. Het gebruik van elektrische batterijen biedt mogelijkheden om een volledig duurzaam energiesysteem te creëren.

 Meer informatie: Lees meer over het onderzoek van Pavol Bauer hier en hier.

Je denkt bij batterijen misschien vooral aan kleine elektronica, maar in de nabije toekomst zullen we veel grotere batterijen nodig gaan hebben, en deze ook massaal gebruiken. In een geslaagde energietransitie wordt bijna alles elektrisch en zullen batterijen en elektriciteitsopslag dus een heel belangrijke rol krijgen.

Shoshan Abrahami onderzoekt de technische kant van batterijrecycling. “Simpelweg heb je twee manieren om batterijen te recyclen: de pyrometallurgische route en de hydrometallurgische route. De eerste (pyro is Grieks voor vuur) gaat met warmte: je smelt het materiaal. De tweede (hydro is Grieks voor water) gaat met water of chemicaliën: je probeert het materiaal op te lossen. In een duurzame toekomst van batterijrecycling zien we een belangrijke rol weggelegd voor de tweede route omdat hierbij meer grondstoffen terug te winnen zijn. Bovendien is het belangrijk dat we minder afhankelijk worden van landen als Rusland, China en Congo, waar de grondstoffen nu vandaan komen, ook daarom is recycling heel erg belangrijk.

Meer informatie: Dit is het TU Delft-profiel van Shoshan Abrahami. Ze sprak eerder over batterijrecycling met onder andere de Volkskrant.

Het verduurzamen van je huis met zonnepanelen, een economie die draait op groene waterstof, zon- en windenergie, elektrisch rijden en digitale technologieën: het is allemaal niet mogelijk zonder kritieke materialen zoals lithium, kobalt of nikkel, vaak afkomstig uit landen die vaak niet voldoen aan de minimale standaard van rechtsstatelijkheid. Door geopolitieke ontwikkelingen komt de levering daarvan in gevaar, en daarmee het streven om zowel economisch als technologisch onafhankelijker te worden, waarschuwt onderzoeker David Peck.

Alleen met eigen, geavanceerde technologie, kan Europa welvarend en onafhankelijk blijven en zich goed beschermen tegen dreigingen van buitenaf. Die technologie is tegelijk nodig voor de energietransitie, digitalisering en waarborgen van onze veiligheid. Daarom investeert de Europese Commissie miljarden. Onder meer in batterijen en waterstof.

Daarnaast is recycling essentieel, stelt Peck. “Uiteindelijk moeten we alles hergebruiken.” Een ander onderwerp waar Peck veel onderzoek naar doet is remanufacturing. Daarbij worden uit gebruikte producten nieuwe vervaardigd. Het gaat een stap verder dan zogeheten refurbished producten die je nu al kunt kopen. “Hergeproduceerde telefoons zullen in de winkel naast gloednieuwe telefoons liggen. Maar ze zijn niet van elkaar te onderscheiden.” Met remanufacturing koop je eigenlijk tijd. “Het lost de crisis rond kritieke materialen niet op, maar door het hergebruik van materialen krijg je wel meer tijd om oplossingen te bedenken.” 

Meer informatie: Lees hier het volledige interview met David Peck dat onlangs verscheen op TU Delft Pioneering Tech, hét online platform voor disruptors & decision makers.