Op zoek naar de Groene Graal

Zonder batterijen geen groene revolutie. En dus gooien ondernemers wereldwijd met miljarden om een doorbraak te forceren.

BRUSSEL I Ze wordt wel eens de Heilige Graal van onze energietoekomst genoemd. De batterij is de sleutel voor een wereldwijde omwenteling van vervuilende fossiele energiebronnen naar duurzame alternatieven. We kunnen eindeloos zonnepanelen en windmolens installeren, maar ook ’s nachts en op windstille dagen heeft de wereld energie nodig. Om die periodes te overbruggen, is de opslag cruciaal. En of we straks allemaal elektrisch rijden, staat of valt met de technologische evolutie naar een meer performante batterij.

De wereld is dan ook koortsachtig op zoek. Miljardairs als Teslatopman Elon Musk of Microsoftstichter Bill Gates pompen veel geld in onderzoek naar nieuwe technologieën. Intussen probeert China de toegang tot belangrijke batterijgrondstoffen als kobalt te garanderen en wil het de kop nemen als batterijfabrikant. En de Europese Commissie heeft 2,2 miljard euro veil om Europese ondernemingen, waaronder Solvay en Umicore, te stimuleren, zodat het oude continent niet hopeloos achterop raakt.

Nog geen superbatterij

In de wedloop worden aan de lopende band doorbraken aangekondigd. Ook het Leuvens onderzoekscentrum Imec kwam deze week met een ‘belangrijke stap’ die lithiumionbatterijen performanter kan maken. De wereld zou dra kennismaken met de ‘superbatterij’, klonk het hier en daar opnieuw.

Dat wil Philippe Vereecken, hoofdonderzoeker bij Imec, met een nuanceren. ‘Noem het zeker geen superbatterij’, zegt hij. ‘Dit is een vrij normale batterij.’ Maar terwijl elektrische auto’s nu rondrijden met ‘natte’ lithiumionbatterijen, werkt Imec aan een vastestofbatterij. Bij ‘natte’ batterijen zorgt vloeistof voor het transport van ionen tussen de polen van de batterij, terwijl de Leuvens onderzoekers met een vast elektrolyt werken om een betere geleiding te krijgen. Dat zou een hogere energiedichtheid (meer energie voor hetzelfde volume) en een snellere oplaadsnelheid mogelijk maken. ‘Batterijen met vloeibare elektrolyten botsen stilaan op een grens’, zegt Vereecken. ‘Met vaste elektrolyten kunnen we weer verder springen.’

De doorbraak van Imec is een stap in een continu proces van verbetering, zegt Vereecken. ‘Dat gebeurt lineair, elk jaar zetten we stappen.’

State of the art

In de race naar nieuwe batterijen is het aantrekkelijk om snel te spreken over een doorbraak, zegt Marnix Wagemaker, specialist elektrochemische energieopslag aan de TU Delft. ‘Er worden er honderd per jaar aangekondigd. Maar slechts weinig van die technologieën worden gecommercialiseerd. Kijk naar de stateofthearttechnologie van Tesla: de lithiumionbatterij in zijn Model S verschilt conceptueel weinig van de eerste lithiumionbatterij die Sony in 1991 op de markt bracht.’

Hoever kunnen we dan nog springen? ‘De innovatie zal niet stoppen’, zegt Vereecken. ‘Elke keer als we op een bottleneck stoten, komen er oplossingen. Kijk naar computerchips, ook daar voorspellen velen al lang dat we op een grens zullen botsen, maar ze worden nog constant kleiner en beter.’

Wagemaker klinkt iets voorzichtiger. ‘Ik denk dat batterijen nog ongeveer vijf maal performanter kunnen worden dan wat we nu hebben. Er is maar een beperkt aantal combinaties met chemische elementen mogelijk.’ Aan de TU Delft doet hij onder andere onderzoek naar lithiumluchtbatterijen. Die hebben volgens hem het meeste potentieel wat energiedichtheid betreft.

‘Maar er zijn wel nog veel mogelijkheden om te diversifiëren.’ Volgens Wagemaker gebeurt er niet alleen onderzoek om batterijen kleiner en krachtiger te maken, maar kunnen andere minder performante materialen ook de kostprijs van batterijen drastisch doen dalen. ‘Natrium, bijvoorbeeld, kan lithium vervangen.’

Zout, dus. ‘Dat is gratis en in grote hoeveelheden aanwezig op de planeet. Die batterijen zijn een stuk minder compact, maar voor thuisopslag hoeft dat ook niet.’

‘De innovatie zal niet stoppen. Ook bij computerchips voorspellen velen al lang dat we op een grens botsen, maar ze worden nog constant kleiner en beter’ PHILIPPE VEREECKEN Hoofdonderzoeker Imec