Na de lithium-ion: de zuurstof-ion batterij

Lithium-ion batterijen zijn tegenwoordig alomtegenwoordig – van elektrische auto’s tot smartphones. Maar dat betekent niet dat ze de beste oplossing zijn voor alle toepassingsgebieden. Onderzoekers van de Technische Universiteit Wenen (TU Wien) zijn er nu in geslaagd een zuurstof-ion batterij te ontwikkelen die enkele belangrijke voordelen biedt, zo maakte de instelling in een persbericht bekend. Hoewel de energiedichtheid niet zo hoog is als bij de lithium-ionbatterij, neemt de opslagcapaciteit ervan niet onherroepelijk af in de tijd: de batterij kan worden geregenereerd en kan dus een extreem lange levensduur hebben.

Bovendien kunnen zuurstof-ionbatterijen zonder zeldzame elementen worden geproduceerd en zijn zij gemaakt van onbrandbare materialen. De zuurstof-ionenbatterij zou een uitstekende oplossing kunnen zijn voor grote energieopslagsystemen, bijvoorbeeld om elektrische energie uit hernieuwbare bronnen op te slaan.

Deze zoutbatterij voor thuis kan een revolutie brengen in je energieopslag

Als het aan werktuigbouwkundige Jelle Houben ligt, hebben we in de nabije toekomst een apparaat ter grootte van een flinke koelkast in huis staan, vol … Continued

Keramische materialen als nieuwe oplossing

“We hebben al geruime tijd ervaring met keramische materialen die gebruikt kunnen worden voor brandstofcellen”, zegt Alexander Schmid TU Wien. “Dat bracht ons op het idee om te onderzoeken of dergelijke materialen ook geschikt zouden kunnen zijn voor het maken van een batterij.”

De keramische materialen die het team van de TU Wien bestudeerde, kunnen dubbel negatief geladen zuurstofionen absorberen en afgeven. Bij elektrische spanning migreren de zuurstofionen van het ene keramische materiaal naar het andere, waarna ze weer terug kunnen migreren en zo elektrische stroom opwekken.

“Het basisprincipe lijkt eigenlijk sterk op de lithium-ion batterij,” zegt professor Jürgen Fleig. “Maar onze materialen hebben enkele belangrijke voordelen.” Keramiek is niet brandbaar – dus brandongelukken, die bij lithium-ionbatterijen steeds weer voorkomen, zijn praktisch uitgesloten. Bovendien zijn er geen zeldzame elementen nodig, die duur zijn of alleen op een milieuonvriendelijke manier kunnen worden gewonnen.

“In dit opzicht is het gebruik van keramische materialen een groot voordeel, omdat ze heel goed kunnen worden aangepast”, zegt Tobias Huber. “Je kunt bepaalde moeilijk te verkrijgen elementen relatief gemakkelijk vervangen door andere.” Het prototype van de batterij maakt nog gebruik van lanthaan – een element dat niet bepaald zeldzaam is, maar ook niet helemaal gangbaar. Maar zelfs lanthaan is te vervangen door iets goedkopers, en daar wordt al onderzoek naar gedaan. Kobalt of nikkel, die in veel batterijen worden gebruikt, worden helemaal niet gebruikt.

Batterij-uitvinding uit Delfts lab kan levensduur van batterijen verlengen

De vooruitgang van batterijen is van belang voor de energietransitie. Nu hebben Marnix Wagemaker, hoogleraar elektrochemische energieopslag, en collega’s de chaos in een batterij verhoogd … Continued

Een lange levensduur

Maar het belangrijkste voordeel van de nieuwe batterijtechnologie is misschien wel de potentiële levensduur: “In veel batterijen heb je het probleem dat de ladingsdragers op een gegeven moment niet meer kunnen bewegen,” zegt Alexander Schmid. “Dan kunnen ze niet meer gebruikt worden om elektriciteit op te wekken, de capaciteit van de batterij neemt af. Na vele laadcycli kan dat een ernstig probleem worden.”

De zuurstof-ion batterij kan echter zonder problemen worden geregenereerd: Gaat er zuurstof verloren door nevenreacties, dan kan dat verlies gewoon gecompenseerd worden met zuurstof uit de omgevingslucht.

Niet voor telefoons of EV’s, maar voor opslag

Het nieuwe batterijconcept is niet bedoeld voor smartphones of elektrische auto’s, want de zuurstof-ionbatterij haalt slechts ongeveer een derde van de energiedichtheid die men gewend is van lithium-ionbatterijen en werkt bij temperaturen tussen 200 en 400 °C. De technologie is echter uiterst interessant voor de opslag van energie.

“Als je een grote energieopslagunit nodig hebt om bijvoorbeeld zonne- of windenergie tijdelijk op te slaan, kan de zuurstof-ionbatterij een uitstekende oplossing zijn”, zegt Alexander Schmid. “Als je een heel gebouw vol energieopslagmodules bouwt, spelen de lagere energiedichtheid en de hogere bedrijfstemperatuur geen doorslaggevende rol. Maar de sterke punten van onze batterij zouden daar bijzonder belangrijk zijn: de lange levensduur, de mogelijkheid om zonder zeldzame elementen grote hoeveelheden van deze materialen te produceren, en het feit dat er bij deze batterijen geen brandgevaar bestaat.”