Duitse onderzoekers presenteren een nieuwe generatie siliciumanodes die de energiedichtheid van lithium-ionbatterijen met tot 250 procent kan verhogen. Daarmee lijkt een forse sprong in rijbereik én duurzaamheid binnen handbereik.
In Baden-Württemberg is een nieuw onderzoeksproject gelanceerd dat een belangrijke stap moet zetten in de ontwikkeling van batterijen met een veel hogere energiedichtheid. Het project (FACILE) brengt vier regionale partners samen, waaronder het Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW). Hun gezamenlijke doel: innovatieve siliciumgebaseerde anodematerialen ontwikkelen die lithium-iontechnologie naar een nieuw prestatieniveau tillen.
Het project wordt gefinancierd door het ministerie van Economische Zaken van Baden-Württemberg, dat €1,28 miljoen investeert in de tweejarige samenwerking.
Tien keer meer opslagcapaciteit dan grafiet
Waar conventionele anodes zijn gemaakt van grafiet, die goed zijn voor maximaal 370 mAh per gram – biedt silicium in theorie 4.200 mAh per gram opslagcapaciteit. Silicium en grafiet kosten ongeveer evenveel, maar silicium is wereldwijd overvloedig aanwezig en daarmee duurzamer.
Het grote probleem is al decennia hetzelfde: silicium zet tot 300 procent uit tijdens het laden en krimpt weer tijdens het ontladen. Die enorme volumeschommelingen veroorzaken barsten, het loslaten van lagen en uiteindelijk voortijdige batterijdegradatie.
Probleem aangepakt
De oplossing die de FACILE-partners nu presenteren, is fundamenteel anders dan eerdere benaderingen. In plaats van silicium op een rigide metalen folie te coaten, ontwikkelen de onderzoekers siliciumanodes op flexibele, elektrisch geleidende nonwoven vezelstructuren. Deze aanpak heeft een aantal belangrijke voordelen:
- Compatibiliteit met bestaande nonwoven- en papierproductietechnologieën, wat opschaling realistischer maakt.
- Mechanische flexibiliteit vangt de extreme volumeveranderingen van silicium op.
- Betere hechting voorkomt het loslaten van actieve materialen.
- Lagere interne weerstand door de geleidende vezelstructuur.
Het consortium mikt op een praktische capaciteit van minimaal 1.000 mAh per gram, wat neerkomt op een 250 procent hogere energiedichtheid aan de anodezijde. Volgens ZSW-bestuurslid Markus Hölzle bewijst FACILE “hoe industrie en wetenschap in Baden-Württemberg gezamenlijk de volledige waardeketen kunnen afdekken, van materiaalontwikkeling tot celproductie.”
Weg naar industriële productie
ZSW heeft de eerste siliciumvezelanodes inmiddels geïntegreerd in kleine testcellen. De komende fase richt zich op validatie onder realistische condities, procesoptimalisatie en opschaling naar grotere cellen.
Het onderzoekscentrum beschikt al over meerdere pilotproductielijnen, waaronder een fabrieksachtige celproductie-installatie voor 100 Ah lithium-ioncellen. Die industriële infrastructuur maakt de stap van labvinding naar markttoepassing aanzienlijk realistischer dan bij veel eerdere siliciuminitatieven, die vaak strandden door kostprijs of schaalproblemen.
Hoger rijbereik, lichtere batterijen en meer
Als de technologie succesvol wordt opgeschaald, kan dat de prestaties van elektrische voertuigen aanzienlijk verbeteren. Door de hogere energiedichtheid aan de anodezijde kunnen cellen 50 tot 100 procent meer energie opslaan, een verdubbeling in rijbereik is hierbij niet onrealistisch.
Ook kunnen accupakketten lichter worden omdat er minder materiaal nodig is voor dezelfde actieradius. Daarnaast biedt silicium als ruim beschikbaar materiaal kansen voor een duurzamere batterijproductie, terwijl Baden-Württemberg met deze ontwikkeling zijn positie in de Europese batterij-industrie verder kan versterken.
Doorbraak met realistische marktpotentie
Wat FACILE onderscheidt van veel eerdere siliciumaanpakken, is de focus op schaalbare processen: nonwoven-productie, industriële coatingtechnieken en bestaande pilotlijnen. Daardoor heeft deze innovatie niet alleen wetenschappelijke waarde, maar ook concrete marktpotentie.
De komende jaren zal blijken of de technologie kan doorbreken naar massaproductie. Maar voor nu lijkt een significant hogere energiedichtheid voor EV-accu’s realistischer dan ooit.
