Op zoek naar de superbatterij

Indra Waardenburg

De TU Delft leidt een Europees project om veiligere oplaadbare batterijen met een hogere energiedichtheid en vermogensafgifte te ontwikkelen voor elektrische auto’s.

Het EuroLiion project duurt vier jaar en heeft een budget van 5,5 miljoen euro, waarvan 4 miljoen euro wordt bijgedragen door de Europese Commissie. De TU Delft werkt samen met universiteiten, onderzoeksinstellingen en de accu- en auto-industrie uit acht Europese landen. Aan het eind van het project moet er een prototype van een veilige batterij met hoge energiedichtheid zijn gemaakt en getest.

 

De huidige oplaadbare lithium-ion batterijen die gebruikt worden in elektrische auto’s hebben het nadeel dat ze vrij duur en zwaar zijn en een beperkte capaciteit hebben. De gemiddelde actieradius van een volledig elektrische auto is ongeveer tachtig kilometer. Het streven is om dat met de nieuwe batterij te verhogen naar driehonderd kilometer.

 

De materiaalkeuze is van grote invloed op kosten en veiligheid van de batterij. ‘Lithiumkobaltoxide in combinatie met koolstof wordt als redelijk onveilig beschouwd door de accu- en auto-industrie’, aldus dr. Erik Kelder, hoofddocent nanostructured materials aan de TUD. ‘Ook is kobalt vrij prijzig.’ De onderzoekers kiezen er daarom voor om de negatieve elektrode van silicium te maken en de positieve elektrode van lithium-nikkel-mangaanoxide. Dit moet er bovendien voor zorgen dat de energiedichtheid verdubbelt van 100 Wh/kg naar 200 Wh/kg. Dit omdat silicium in vergelijking met koolstof een grotere capaciteit heeft voor het absorberen van lithiumionen (tijdens het opladen neemt de siliciumelektrode lithiumionen op).

 

De TU Delft houdt zich bezig met het produceren van silicium in de vorm van een nanopoeder. Kelder: ‘Het is de bedoeling om vierhonderd gram poeder per uur te produceren.’ Wetenschappers aan de Université de Picardie in Frankrijk proberen ook aan de positieve elektrode een verhoging van de lithiumopslagcapaciteit te bereiken.

 

Naast de ontwikkeling van een betere anode en kathode in Nederland en Frankrijk, houden wetenschappers van de technische universiteit in Warschau (Politechnika Warszawska) zich bezig met een verbeterde elektrolyt. ‘Zij maken gebruik van een goedkoper lithiumzout dat opgelost wordt in een vloeistof waarvan wegens octrooirechten de samenstelling nog niet naar buiten mag worden gebracht’, aldus Kelder.

 

Keuzes maken

Tijdens het productieproces houden wetenschappers ook rekening met de gevolgen voor het milieu. Bij het silicium productieproces is al overgestapt op het gebruik van water in plaats van organische vloeistoffen. Kelder: ‘Maar het kost weer extra energie om het water eruit te halen, dus het blijft een kwestie van keuzes maken.’

 

Als de batterij af is, testen de universiteit van Ljubljana in Slovenië, de Uppsala Universitet in Zweden en de University of Cambridge in Groot-Brittanië de functionaliteit ervan. De accuproducent GAIA in Duitsland ontwerpt een prototype waarbij ze zelf de positieve elektrode produceren en de negatieve elektrode ontvangen van het Franse atoomcommissariaat CEA. Twee instituten in Duitsland en Oostenrijk testen vervolgens de veiligheid van dit prototype. Kelder: ‘Er zal bijvoorbeeld gekeken worden wat er gebeurd als er een spijker in de batterij terechtkomt.’ Wanneer de batterij aan alle voorschiften voldoet brengt de auto-industrie de batterij op de markt. In Nederland is dit Spijkstaal Elektro.