Twente helpt batterijtechniek vooruit

By Elcke Vels

Batterijen spelen een belangrijke sleutelrol in de transitie naar een duurzame toekomst. In Twente brengen kennisinstellingen en het bedrijfsleven de batterijtechniek naar een volgend niveau. Mark Huijben, professor aan de Universiteit Twente, deed onlangs een nieuwe ontdekking: een nieuw materiaal voor in accu’s, wat zorgt voor een fors hogere laadsnelheid. En er gebeurt meer in de regio: hoe weet je zeker dat een batterij niet in de brand vliegt? Daar wordt er een gloednieuw Battery Safety Lab opgezet.

Batterijen horen bij een groene toekomst: ze maken vervoer in elektrische auto’s en bussen mogelijk en spelen een rol in de opslag van duurzame energie. In de regio Twente zijn verschillende bedrijven bezig met de toepassing van batterijsystemen. Zo ontwikkelt Demcon nieuwe productietechnologie voor hoogwaardige batterijen, en levert Super B batterijsystemen voor een breed scala aan elektrische voertuigen. 

Ook op de Universiteit Twente staat onderzoek rondom batterijtechniek niet stil en zijn alle activiteiten samengebracht binnen het Twente Centre for Advanced Battery Technology. De techniek gaat steeds verder vooruit en er worden steeds hogere eisen aan accu’s gesteld. Voor toepassingen in elektrisch vervoer moet een accu snel kunnen opladen, maar ook een hoge energiedichtheid hebben om zo lange afstanden te kunnen overbruggen. In de praktijk blijkt het vaak een ‘trade off’ te zijn tussen snel laden en de energiedichtheid. De uitvinding van professor Huijben brengt daar verandering in.

Verhoogde laadsnelheid

Door de anode van lithium-ion accu’s te maken van een compleet nieuw materiaal, nikkelniobaat, is de laadsnelheid tot wel tien keer te verhogen. Huijben: “je kunt er ultrasnel mee laden en bovendien is de energie die erin gestopt kan worden ook nog steeds hoog. Hoger dan met de materialen voor snelladen die tot nu toe bekend waren.” Naast een hoge laadsnelheid heeft het materiaal nog meer voordelen. Zo is het makkelijk toe te passen door de huidige industrie. “Iedereen kent ze wel: de cilindervormige batterijen. De auto-industrie maakt hier nog steeds gebruik van. Maar een telefoonbatterij heeft weer een andere vorm. Het materiaal wat wij ontwikkeld hebben is hierin geen belemmering. Je kunt het in verschillende vormen toepassen.”

Vrachtwagens en bussen

Toepassingen liggen voor de hand waarbij de laadsnelheid telt. Maar ook de ontlaadsnelheid is belangrijk. Snel heel veel stroom leveren en ook snel weer terug op niveau. Huijben geeft aan dat vooral vrachtverkeer en bussen baat hebben bij de ontdekking. “Geen enkel materiaal kan én ultrasnel laden én veel energie bevatten. Je moet keuzes maken. Als we kijken naar elektrische auto’s, dan wil je eigenlijk niet inleveren op de maximale afstand die je kan rijden. Bovendien is opladen in een half uur, in plaats van in een paar minuten, eigenlijk al prima. Ik verwacht daarom dat we onze snellaadbatterij vooral gaan tegenkomen in vrachtwagens en bussen, waarbij snelheid nog meer van belang is. En waarbij een grotere batterij -en dus beetje extra gewicht- bovendien geen punt is.”

Vervolgstappen

Momenteel is de toepassing nog in de onderzoeksfase. “Er zijn nog vragen waar we antwoorden op moeten krijgen. Wat gebeurt er bijvoorbeeld als we lithium, een element dat nu altijd gebruikt wordt in batterijen, vervangen door een ander element? Lithium is maar beperkt aanwezig op aarde. Dus wat nou als we het vervangen door een duurzamer materiaal zoals natrium, dat we uit zeewater kunnen halen? 

Daarnaast is de professor in gesprek met de industrie. “Wat is de vervolgstap om ons materiaal op grote schaal te gaan testen? Met welke partners kunnen we gaan samenwerken? Er is in de industrie al veel aandacht voor materialen voor snelladen. Als je alleen al kijkt naar de bedrijven die hier in Twente bezig zijn met batterijen, dan zie je dat er in alle richtingen worden gezet en dat we in de toekomst steeds meer toepassingen gaan zien als het gaat om batterijen. Ook grote bedrijven als Toyota zijn hard op weg om batterijen naar een volgend level te brengen. Dit bedrijf heeft een eigen grote onderzoeksfaciliteit en zet in op de vaste stof batterij, die een stuk veiliger is dan de batterijen op vloeistof. Wellicht komend zij daarmee komende jaren ook op de markt.”

Nederlandse bedrijven

Verschillende Nederlandse bedrijven gaan volgens Huijben in de toekomst gebruik maken van zijn vinding. “Er zijn in Nederland samenwerkingsverbanden opgezet waarin kennisinstellingen, de industrie en ministeries samenwerken om kennis over batterijen te vergroten. Daarin zitten ook belangrijke spelers als VDL, gericht op bussen, DAF, gericht op vrachtwagens, en Damen, als we het over vervoer op het water hebben. Gezamenlijk gaan we kijken wat er allemaal mogelijk is. Ik heb er vertrouwen in dat fabrikanten met het nieuwe materiaal in de toekomst aan de slag gaan.”

Battery Safety Lab

En er gebeurt in Twente meer als het gaat om batterijen. Zo wordt er eind dit jaar een Battery Safety Lab (BSL) opgezet, een samenwerking tussen de Twente Safety Campus en het bedrijf Det Norske Veritas (DNV). In het lab worden brandveiligheidstesten van batterijen en batterijopslagsystemen uitgevoerd. Waar Huijben zich richt op celniveau, kijkt het BSL naar gehele batterijpakketten: van kleine batterijen in elektrische fietsen, tot aan de 100 kilowattuur-batterijen in een Tesla.

Een uniek project

Tanja Guyken is projectleider van het BSL. “Het is een vrij uniek project. Dit wordt het eerste testcentrum in Europa. Nog steeds worden testen met batterijen in de achtertuin gedaan. Er is momenteel weinig regelgeving voor, maar wij verwachten dat de overheid komende jaren extra stappen gaat nemen. Veiligheid boven alles: als een fabrikant een batterij voor elektrische auto’s verkoopt moet hij kunnen aantonen wat er gebeurt mocht er een batterij in de brand vliegen.” 

In het BSL kunnen bedrijven antwoorden krijgen op vragen die te maken hebben met brandveiligheid. “Blijft de brand beperkt tot één module? En is een batterij brandveilig wanneer je deze laat vallen? Je hoopt natuurlijk van wel, maar mocht dat niet zo zijn, dan hebben we een gaswasinstallatie staan die schadelijke stoffen uit de rook filtert. Zo houden we het veilig voor mensen die zich begeven in de omgeving.”

Ook de brandweer is betrokken bij het BSL. “Op deze manier doen we als brandweer ook kennis op over het brandverloop van batterijpakketten zodat wij brandweercollega’s kunnen adviseren over adequate bestrijdingstechnieken en daarnaast onze bijdrage kunnen leveren binnen de energietransitie”, aldus Guykens.

Einde van het jaar

Guyken verwacht binnen een half jaar de vergunningen rond te hebben die nodig zijn voor het pand. “En gelijk daarna kunnen we beginnen met bouwen. Ik verwacht dat het BSL aan het einde van dit jaar in gebruik is.”

Ook interessant: Test geeft inzicht in hoelang de batterij in je tweedehands e-auto nog meekan