Ontwikkelingen

In de batterijen-industrie zien we veel innovatie. Ga samen met Elfa mee met de ontwikkelingen in de markt. Heeft u vragen over ontwikkelingen of loopt u tegen problemen aan? Bij Elfa helpen wij u verder.

De toekomst is aan de supercapacitors

Lood- en lithium batterijen zijn de norm. Maar lood en Li-Ion kennen hun beperkingen en hebben met name in het verleden ook laten zien veiligheidsrisico’s in zich te hebben. Vandaar dat de wetenschap en industrie naarstig opzoek zijn naar alternatieven. De accu-experts van Elfa temperen het optimisme daarover echter, want de ontwikkeltijd van nieuwe accu’s is enorm. Lithium-Ion heeft er ook zeker vijftien jaar over gedaan om volwassen te worden. Maar Elfa ziet op dit moment wel degelijk interessante ontwikkelingen, zoals de grafeen supercapacitors. Dat is een patent van 1986, dus ook daar gaat het uiterst langzaam. Logisch dus dat de industrie voorlopig inzet op het beter maken van loodaccu’s en het goedkoper maken van de Lithium-Ion-accu. Voor de opvolgers zullen we geduld moeten hebben. Dat dit geduld dan wel beloond zal worden: de supercapacitor gaat moeiteloos een miljoen laadcycli mee.

De branche komt uit de tijd van Nikkel- Cadmium; op zich prima accu’s, maar ook accu’s met beperkingen. Ze kenden een zelfontlading van wel 10% in de maand. Werden ze volledig leeggetrokken, dan raakten ze ook beschadigd. Daarnaast hadden deze accu’s het zogenaamde memory-effect; als je ze vaak genoeg maar half oplaadde, dachten ze dat ze een halve accu waren. Lithium-Ion heeft al die nadelen niet. De zelfontlading is minimaal en deze accu’s hebben geen memory-effect. In tegenstelling tot wat er soms geroepen wordt, is er vooralsnog ook lithium voldoende. China, Bolivia en Australia hebben in hun mijnen nog enorme voorraden. Daarnaast zijn er ook mogelijkheden om lithium uit zeezout te winnen. Er zit wél een probleem in de productiecapaciteit. Elfa merkt dat de levertijden voor bepaalde accu’s soms op beginnen te lopen.

Recent opende ook de Universiteit Twente een accu-campus. De enorme bedrijvigheid in de accu-ontwikkeling wordt niet gevoed door de wens van bijvoorbeeld powertool-fabrikanten. Die kunnen goed uit de voeten met de huidige accutechniek, waarbij de vakman de ene accu laadt, terwijl de andere in gebruik is. Het zijn met name de autofabrikanten die verder willen. Zij moeten de actieradius van elektrische auto’s verder vergroten om deze werkelijk een alternatief te laten zijn voor benzinemotoren. Elfa denkt dat Lithium Air een eerste alternatief is. Deze accu maakt gebruik van oxidatie van lithium aan de anode en de reductie van zuurstof aan de kathode om een elektrische stroom op te wekken. Grootste voordeel ervan is, dat de energiedichtheid ongeveer 30% hoger is dan bij Lithium-Ion. Deze techniek werd in de jaren zeventig al ontdekt en krijgt nu een tweede kans.

Supercapacitors

Elfa verwacht overigens dat niet Lithium Air, maar de grafeen supercapacitors of andere zogenaamde ‘solid state’-accu’s uiteindelijk voor de échte volgende doorbraak gaan zorgen. Een Solid state-accu’s mag je zien als grote condensatoren. Het zijn accu’s zonder elektroliet. De kunst is daar om alle energie die er in zit er niet in één klap uit te laten komen. Men krijgt nu steeds beter grip op een langzame ontlading en dat betekent een échte doorbraak. De energiedichtheid gaat dan niet alleen met sprongen vooruit, ook de levensduur van een accu. Lood ging twee jaar mee en Nikkel Cadmium niet veel langer. De Lithium-Ion-accu van nu gaat vaak zes tot tien jaar mee en dat stijgt nu langzaam naar twaalf. Maar een solid state-accu kun je een miljoen keer laden en ontladen. Die gaat langer mee dan wij zelf. Ook hier geldt weer: we moeten geduld hebben. Voorlopig is Lithium-Ion voor heel veel toepassingen de norm.

Voorwaarts

Gelukkig zijn ook in Lithium-Ion nog stappen voorwaarts te maken. Het is wetenschappers gelukt om uit te vinden hoe Li-Ion accu’s sneller kunnen laden. Men heeft onderzoek gedaan aan Li-Ion accu’s met neutronen uit de Delftse onderzoeksreactor van het Reactor Instituut Delft. Er blijkt een efficiëntieslag gemaakt te kunnen worden doordat onderzoekers van het instituut de Lithium-Ionen goed in beeld konden brengen met behulp van de neutronen. Hierdoor kon goed gezien worden welke factoren een rol spelen bij het laden en ontladen van de accu’s en hoe dat proces sneller en efficiënter gemaakt zou kunnen worden.

Het in beeld brengen van Lithium-Ionen is met conventionele technieken niet goed te doen, waardoor er ook binnen Elfa relatief weinig kennis is over de laad- en ontlaadfactoren van Li-Ion accu’s. De onderzoekers in Delft hebben via Neutron Depth Profiling de ionenbewegingen in een accu in kaart gebracht. Men heeft uiteindelijk drie oplossingsrichtingen gevonden om accu’s sneller oplaadbaar te maken. Dat pakt de industrie nu ongetwijfeld op en Elfa volgt deze ontwikkelingen uiteraard op de voet.