Van auto’s tot medische apparatuur, ons hedendaagse bestaan steunt ‘leeft’ in grote mate op batterijen. Het vermogen om energie efficiënt op te slaan is cruciaal om apparaten – van minuscule gadgets tot grote SUV’s – van energie te voorzien. Daarom wordt er voortdurend gewerkt aan het verbeteren van de prestaties van batterijen. Hoe ziet het landschap van de geavanceerde batterijtechnologie eruit? Welke doorbraken kunnen we in de nabije toekomst verwachten? We maken een rondgangf langs de innovaties die Innovation Origins onlangs heeft belicht.
Zuurstof-ion-accu’s: een nieuwe oplossing met lange levensduur
Onderzoekers van de Technische Universiteit Wenen hebben een zuurstof-ion batterij ontwikkeld die verschillende voordelen biedt ten opzichte van traditionele lithium-ion batterijen. Hoewel zuurstof-ionbatterijen een lagere energiedichtheid hebben, kan hun opslagcapaciteit worden geregenereerd, wat een langere levensduur mogelijk maakt. Deze batterijen zijn gemaakt van onbrandbare materialen en vereisen geen zeldzame elementen, waardoor ze een uitstekende keuze zijn voor grote energieopslagsystemen die elektrische energie uit hernieuwbare bronnen opslaan. De oplaadtijd is wel een puntje.
Rekbare en biologisch afbreekbare batterijen voor de gezondheidszorg
Oostenrijkse onderzoekers van de Johannes Kepler Universiteit hebben de eerste rekbare en biologisch afbreekbare batterij gemaakt. Deze innovatieve batterij is oplosbaar in water, wordt gemakkelijk afgebroken in het lichaam en is ontworpen voor gebruik in wearables en medische implantaten. Bestaande batterijen bevatten vaak giftige metalen en zijn moeilijk te recyclen, maar deze doorbraak ondervangt deze beperkingen door gebruik te maken van elastomeer, magnesium, molybdeenoxide en een biologisch afbreekbare gel.
Revolutionaire lasertechnologie voor li-ionbatterijen
Onderzoekers van het Fraunhofer-instituut voor lasertechnologie hebben twee baanbrekende lasergebaseerde productieprocessen ontwikkeld die de energie-efficiëntie bij de productie van lithium-ionbatterijen verhogen. Het droogsysteem met diodelaser vermindert het energieverbruik met 50% en de benodigde ruimte op industriële schaal met 60%. Bovendien creëert de ultrakorte-puls (USP)-laser met hoog vermogen Li-ion-snelwegen in de batterij-elektrode, waardoor de vermogensdichtheid en de levensduur toenemen.
Verlenging levensduur batterij met zoutmengsels
Wetenschappers uit Delft hebben een methode ontwikkeld om de levensduur van lithium-ionbatterijen te verlengen door vijf zouten met elkaar te mengen. Deze innovatieve aanpak stabiliseert de laag gebroken elektrolyt, wat de levensduur van de batterij verbetert en voordelen biedt voor elektrische mobiliteit en kortetermijnopslag van zonne- en windenergie. De onderzoekers kijken ook naar de mogelijke toepassing van dit elektrolytconcept in natrium-ionbatterijen van de volgende generatie, die de afhankelijkheid van lithium zouden kunnen verminderen.
Baanbrekende anode-innovatie voor li-ionbatterijen
Onderzoekers van POSTECH en de Sogang Universiteit hebben een anodemateriaal met hoge capaciteit voor li-ionbatterijen ontwikkeld, dat het bereik van elektrische voertuigen mogelijk kan vertienvoudigen. Door conventionele grafietanoden te vervangen door siliciumanoden en gelaagde polymeren hebben zij een stabiel en betrouwbaar materiaal gecreëerd. Deze vooruitgang zou kunnen voldoen aan de groeiende vraag naar batterijen met hoge capaciteit in de sector van de elektrische voertuigen en kunnen bijdragen tot de bestrijding van de klimaatverandering door het gebruik van elektrische voertuigen.
Zoutbatterij voor opslag van hernieuwbare energie
Werktuigbouwkundig ingenieur Jelle Houben en collega Pim Donkers hebben een gesloten-lussysteem ontwikkeld waarbij zouttabletten worden gebruikt om hernieuwbare energie op te slaan. Deze oplaadbare zoutbatterij biedt opslag met een langere levensduur en hogere capaciteit dan conventionele batterijen. De technologie werkt door elektriciteit om te zetten in warmte, die een vloeistof (olie of water) verhit die door een verdamper gaat die zouten bevat, waardoor warmte kan worden opgeslagen en afgegeven. Deze zoutbatterij kan een revolutie betekenen voor de opslag van hernieuwbare energie en bijdragen tot een aardgasvrije gebouwde omgeving.
Solid-state Lithium-Zwavel batterijen met traag laadtransport
Solid-state Lithium-zwavel batterijen bieden het potentieel voor veel hogere energiedichtheden en meer veiligheid, vergeleken met conventionele lithium-ion batterijen. Maar er is ook een keerzijde. De resultaten van recent onderzoek onthullen een voorheen over het hoofd gezien ontwikkelingsknelpunt voor solid-state batterijen, en tonen aan dat er beperkingen bestaan in de kathodecomposieten als gevolg van het trage ionentransport. De uitdaging is nu om een snellere ionentoevoer binnen de kathodecomposiet mogelijk te maken. Duitse onderzoekers denken daarin geslaagd te zijn:
Meer energie, een goedkopere en veiligere solid-state batterij
De CERENERGY-technologie, die in de afgelopen acht jaar door Fraunhofer IKTS is ontwikkeld, betekent een belangrijke vooruitgang in de batterijtechnologie. Deze natrium-aluminiumoxidebatterijen, ook bekend als natrium-nikkelchloridebatterijen, maken gebruik van zeer zuiver aluminiumoxide voor de kritische keramische vaste elektrolyt.
Elestor’s waterstofbromine flow batterij
Elestor, opgericht in 2014, heeft een innovatieve flowbatterij ontwikkeld die waterstof en broom als actieve materialen gebruikt, beide vrijwel onbeperkt beschikbaar op aarde. Omdat de batterij bovendien waterstof genereert tijdens het laadproces, introduceert het concept verschillende nieuwe mogelijkheden voor de integratie van waterstofinfrastructuren en elektrolyzers. Op die manier combineert Elestor twee werelden van energieopslag: via batterijen en in de vorm van waterstof.
Conclusie
Opkomende batterijtechnologieën hebben een groot potentieel om verschillende industrieën te beïnvloeden, van energietransitie en elektrische voertuigen tot medische toepassingen. Naarmate deze innovaties vorderen en op grote schaal beschikbaar komen, kunnen we aanzienlijke vooruitgang verwachten op het gebied van energieopslag, efficiëntie en duurzaamheid. De race is begonnen om te bepalen welke van deze doorbraken uiteindelijk onze toekomst zullen bepalen.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
