Afgelopen week haalde de Zweedse Chalmers Universiteit het nieuws met een doorbraak in de ontwikkeling van de ‘structurele accu’, die een mogelijke toekomst inluidt van lichtgewicht elektronica, maar waarmee ook bijvoorbeeld auto’s en vliegtuigen aanzienlijk (de universiteit spreekt van de helft) lichter kunnen worden geproduceerd. “Alles met een batterij heeft hier baat bij”, zegt Leif Asp, hoogleraar aan de faculteit Materials and Computational Science en hoofd van het onderzoeksproject.
Wat wordt precies bedoeld met een ‘structurele accu’?
“Het is een accu waarbij de energie ligt opgeslagen in de structuur van een ontwerp zelf, zoals in de vleugels van een vliegtuig of in de behuizing van je laptop. De batterij van een telefoon of auto is normaal extra ballast. Een structurele accu zoals wij die nu hebben ontwikkeld maakt dat je op gewicht en volume kan besparen.”
“Het idee voor zo’n batterij ligt er al sinds 2004. In 2007 deed het US Army Research Laboratory een eerste poging om een structurele accu te bouwen, maar die poging mislukte. Tot op heden hadden structurele accu-ontwerpen óf goede elektrische óf goede mechanische eigenschappen. Nog niet eerder is het gelukt die twee eigenschappen te combineren.”
“Koolstofvezels zijn een van de sleutels van het ontwerp. Het materiaal dat daarvan wordt gemaakt is zowel licht als sterk, maar heeft ook de ingebouwde capaciteit energie op te slaan en stroom te geleiden. Nu al bestaan bijvoorbeeld Dreamliner-vliegtuigen al voor pakweg de helft uit deze vezels. Als die tegelijkertijd fungeren als accu scheelt dat natuurlijk enorm in gewicht, maar ook in bijvoorbeeld grondstoffen.”
Wat is het voordeel ten opzichte van een normale batterij?
“Huidige batterijen voegen gewicht toe zonder bij te dragen aan de prestatie van het ontwerp. Zo is de accu van het Tesla model S goed voor een kwart van het gewicht van de hele auto. Als we efficiëntere, elektrische vervoermiddelen willen en we in de toekomst ook elektrisch willen vliegen, moet de energieopslag vergroot terwijl het totale gewicht gelijk blijft of afneemt. Structurele accu’s worden daarom ook wel ‘massaloze energieopslag’ genoemd. De accu is bouwmateriaal en batterij in een.”
Heeft Tesla niet al iets soortgelijks gedaan?
“Waar Tesla aan werkt, is net iets anders. Zij maken een vloer waarin hun eigen (mono-functionele of eenzijdige) accu’s besloten liggen. Wij maken een materiaal dat stevig is én fungeert als batterij (en dus veelzijdig is, of multifunctioneel). Overigens zijn we niet bij hun project betrokken.”
Wat is een volgende stap in de ontwikkeling van de structurele accu?
“De accu die we nu hebben gebouwd, is alleen nog maar een testmodel. We hebben een flink bedrag gekregen van de de Zweedse ruimtevaartorganisatie Rymdstyrelsen om het ontwerp te optimaliseren. Zo kunnen we de dikte van de koolstofvezels en de separatoren verminderen, waardoor de massa verkleint en de energiedichtheid toeneemt. Het aluminium willen we vervangen door koolstof. We verwachten dat we met deze ontwikkelingen een accu kunnen bouwen die richting de 75 of zelfs 100 wattuur per kilo gaat.”
Wanneer kunnen we de eerste telefoon of auto met een structurele accu verwachten?
“Op die vraag is nog geen antwoord te geven. Daarvoor moeten eerst commerciële partners uit de industrie met ons in zee gaan. Er bestaat veel interesse, maar het is ook een investering met een fors risico. Als we een externe partij aan boord krijgen zouden we zeker binnen vijf jaar draagbare elektronica met een structurele accu moeten kunnen produceren. Vervoermiddelen misschien binnen tien jaar.”
“We hadden een samenwerking met Airbus, maar door de pandemie bevindt de luchtvaartsector zich in een crisis en liggen dit soort activiteiten stil.”
“Toch geloof ik er heilig in dat op den duur iedereen met deze techniek rondloopt. Het stikt van de onderzoeksgroepen die met de ontwikkeling van structurele accu’s bezig zijn. Op dit moment leiden wij, maar er zijn researchteams van Delft tot Singapore.”
Hoe duurzaam is dat eigenlijk, een accu gemaakt van koolstof?
“Natuurlijk is de duurzaamheid van het eindproduct afhankelijk van hoe je de koolstofvezels maakt. Voor dat proces is veel elektriciteit nodig, ja. Op dit moment worden koolstofvezels vooral geproduceerd door Japanse bedrijven. Die draaien veelal op fossiele brandstoffen. Maar als die koolstofvezels zouden worden gemaakt met groene energie, bijvoorbeeld door middel van waterkracht, dan heeft dat amper invloed op het klimaat.”
“De vraag naar koolstofvezels groeit gigantisch. De verwachting is dat het aantal fabrieken die de kunststof produceren moet verdubbelen om in de behoefte te voorzien. Het is zaak om te investeren in regio’s als Noord-Scandinavië, waar toegang is tot schone elektriciteit.”
Meer verhalen over innovatie op het gebied van accu’s lees je hier.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
