Hoe kan Nederland zich verweren tegen batterijgiganten uit China? Wie niet groot is, moet slim zijn. ‘We hebben veel kennis en expertise in materiaalkunde en chemie, vooral met nieuwe anodes en nanocoatings (atomic layer deposition). Een groot aantal partijen heeft daarin een leidende rol, denk aan LeydenJar, LionVolt of E-magy, of aan Carbon X. Opschaling via veeleisende toepassingen is zowel een uitdaging als kans voor onze bedrijven,’ zegt André Schilt, programmaleider productieprocessen en duurzame batterijcomponenten bij het Battery Competence Cluster (BCC).
Het BCC begon in 2019 als regionaal initiatief van de Brainportregio Eindhoven om de inspanningen van DAF en VDL voor de ontwikkeling van sterkere accupakketten voor zwaar vervoer (vrachtwagens en bussen) te bundelen. Gaandeweg werd de focus uitgebreid, zowel naar heel Nederland als naar het MKB en andere soorten batterijen (bijvoorbeeld voor consumentenelektronica en drones). Heden ten dage omspant het cluster ruim driehonderd bedrijven, onderzoeksinstellingen (als TNO) en universiteiten (als de RuG, TU/e en UT). De kracht van het cluster schuilt in nauwe samenwerking. Schilt licht toe.
‘De afgelopen drie jaar hebben we hard gewerkt om het hele ecosysteem bij elkaar te brengen’, zegt hij. ‘Daardoor is er een veel betere koppeling tussen eindgebruikers, celontwikkelaars en recycling ontstaan. In Nederland wordt die ontwikkeling onder meer ondersteund door de Groeifondsprogramma’s NextGen Hightech (sinds 2023) en het ‘Material Independence and Circular Batteries’-programma (MI&CB), een programma dat in de tweede helft van 2025 is uitgerold. In beide programma’s gaan grote bedragen om: bij MI&CB praat je over maar liefst 800 miljoen, waarvan 300 miljoen subsidie.’
Laten we eerst inzoomen op het NextGen Hightech programma. Waarop richt dat zich?
‘Op zes kerndomeinen: agrifood, biomedische technologie, energie, composieten, lasercommunicatie en halfgeleiders. Batterijtechnologie is een onderdeel van het energiedomein dat zich op de ontwikkeling en industrialisatie van nieuwe materialen voor batterijen richt. Onze kansen liggen vooral op het vlak van anodes, oftewel de negatieve kant van de batterij. Enkele Nederlandse spelers en startups zijn daar al mee bezig.’
Nederlandse anodetechnologie
LionVolt, een van de meest vergevorderde startups en als spin-out van TNO-Holst voortgekomen, heeft bijvoorbeeld een baanbrekende methode ontwikkeld door het grafiet in de batterij te vervangen door 3D gestructureerde lithium-metaalanodes. Hiermee neemt de energiedichtheid in de batterij met vijftig tot honderd procent toe. Het bedrijf heeft recent zijn intrek genomen op de Brainport Industries Campus (BIC) in Eindhoven, vlakbij de faciliteiten van het Europese paradepaardje ASML. Vrijwel alles is er voor opschaling aanwezig: elektriciteit, infrastructuur en opslag. Naast natuurlijk de korte lijnen naar partners en toeleveranciers.
Een andere belangrijke startup is E-magy, gevestigd in Broek op Langedijk (N-H). E-magy ontwerpt en produceert anodes uit metallurgisch siliciumpoeder, een relatief goedkope grondstof die overvloedig in de EU aanwezig is. Normaliter zet silicium wel 300 procent uit tijdens het opladen. Daardoor gaan de anodes relatief snel kapot. De startup heeft een nanoporeuze poedertechnologie ontwikkeld dat het zwelprobleem tot een paar procent reduceert. Zodoende neemt de energiedichtheid met veertig procent toe terwijl opladen drie keer sneller gaat. De poedervorm maakt verwerking in diverse grafietconcentraties in bestaande productieprocessen voor elektrodes mogelijk (slurry mixing, coating folies en calendering). Daardoor kan de technologie snel in de markt worden geïntroduceerd. Uit haar pilot (op eigen terrein) levert E-magy nu al materiaal voor batterijen in consumentenelektronica en drones.
LeydenJar, ook voortgekomen uit een spin-off van TNO, mag niet aan dit overzicht ontbreken. Hun technologie is ontstaan uit een wetenschappelijke ‘mislukking’: ruim tien jaar geleden experimenteerde dr. Wim Soppe (toen ECN) met amorf silicium als basis voor nieuwe zonnepanelen. De structuur van het materiaal bleek echter poreus en het project strandde. Veel later kwam men erachter dat je dit silicium ook voor anodes kan gebruiken. Poreus silicium heeft grote voordelen nu de huidige lithiumbatterijen, gebaseerd op traditioneel grafiet, hun limiet bereiken: het kan tien keer zoveel lithium-ionen bevatten. Zonder de eerder genoemde nadelen van zwellen.
LeydenJar, dat recent meer kapitaal heeft opgehaald, claimt grote voordelen met hun vinding: meer dan de helft hogere energiedichtheid ten opzichte van reguliere anodes, een snellere laadtijd (80 procent in twaalf minuten), een 40% lagere CO2-voetafdruk en gereed voor opschaling binnen de huidige productielijnen. Hun eerste productielijn, de Plant One, gaat volgend jaar op Strijp-T in Eindhoven open. Met hun GEN3 kunnen ze dan tien miljoen apparaten met hun anodes uitrusten, bijvoorbeeld voor mobiele robotica, high-altitude pseudosatellieten en medische toepassingen. Opschaling naar gigawattniveau ligt volgens berichten in de komende jaren in het verschiet, mits alles doorgaat en ze voldoende netaansluiting kunnen verkrijgen.
China loopt momenteel voorop in onderzoek naar en productie van batterijen voor elektrische voertuigen (EV). Wekelijks worden daar wetenschappelijke doorbraken vermeld, bijvoorbeeld op het vlak van solid state. Kan ons land nog een rol in de automotive sector spelen?
‘Niet direct en in de volle breedte’, reageert hij. ‘Wel met bepaalde componenten en technologieën. Bedenk daarbij dat de EV-markt enorm kosten gedreven is en dat die kosten grotendeels worden bepaald door de schaal waarop deze worden geproduceerd. De markt heeft al een omvang van vele TWh en zal alleen nog maar verder groeien. Dat geldt ook voor de batterijcomponenten die weliswaar beter presteren, maar door het relatief kleine productievolume vaak nog te duur zijn voor EV. Er zijn echter tal van toepassingen waar de verbeterde prestaties van batterijen bepalend zijn voor het product en waar men bereid is hiervoor iets meer te betalen. Het meest duidelijke voorbeeld is batterijen voor drones, maar ook de consumentenelektronica. Met ‘first markt-entries’ kunnen startups geld verdienen om hun productie verder op te schalen en zo hun markt te verbreden.’
‘Nederland’, vervolgt Schilt, ‘heeft overigens meer te bieden dan alleen technologie voor anodes. Binnen het Battery NL programma bouwen we veel kennis op over de interfaces (het raakvlak tussen de elektrolyt en elektroden). Stabilisatie hiervan is cruciaal voor de levensduur, veiligheid en prestaties van de cel. Een mogelijkheid is het aanbrengen van een flinterdunne, defectvrije coating op de elektrode (ALD of atomic layer deposition). Daarin zijn we wereldwijd koploper. Met deze technologie voorkom je dendrieten, wortelachtige structuren die zich tijdens de elektrodepositie, dus tijdens het laden en ontladen van de batterij, aan het oppervlak aan de anode binden en steeds verder aangroeien. Wordt dat proces niet gestopt, dan prikken die dendrieten dwars door de elektrolyt heen en treedt er kortsluiting in de batterij op.’
Schilt haast zich wel om te zeggen dat toepassing van ALD nog in de kinderschoenen staat en vooral op labschaal plaatsvindt. Wel zijn er verschillende startups die op ALD gebaseerde machines kunnen leveren (Powall, SparkNano, SALD en Kalpana). ‘Het mooie is dat we vanuit het BCC onderzoeksinstellingen als TNO en universiteiten als TU Delft, UTwente, de RuG (Groningen) en TU/e (Eindhoven) met het bedrijfsleven bij elkaar kunnen brengen. Overigens blijven toepassingen van ALD niet beperkt tot batterijen alleen: het is ook een ‘enabler’ voor krachtiger computerchips en dunne film (perovskiet zonnecellen).’
De cruciale vraag blijft: hoe krijg je die technologieën naar de markt, en vooral, wat kunnen we nog meer doen om onze positie te versterken, ook qua energie-efficiëntie?
‘De batterijmarkt groeit enorm’, antwoordt Schilt. ‘Als je het alleen over anodes hebt, dan zitten we in 2040 boven de tweehonderd miljard euro omzet. Daar willen we naar toegroeien. Die opschaling kost veel geld, wil je echt vooruitgang boeken. In het rapport van oud ASML topman Peter Wennink worden bedragen van 350 miljoen euro genoemd. Pas dan krijg je de benodigde MW schaal voor EV. Door ons eerst te richten op kleinere markten en het opzetten van industriële pilotlijnen voor de productie van batterijcellen hopen we dat proces te versnellen.’
Schakelt over. ‘Maar terug naar jouw vraag over energie efficiency. Energieprijzen in Europa zijn erg hoog. Als je kijkt naar de productie van batterijen sec, dan zit er op twee punten een heel hoog energieverbruik. Enerzijds ligt dat bij de productie van elektrodes, vaak in de vorm van een natte slurry die je op een folie deponeert en met oplosmiddelen laat verdampen. Dat kan je ook doen met minder oplosmiddelen via ‘dry processing’ en minder energieverbruik. Daar wordt momenteel aan gewerkt. Een ander punt is het activeren van de batterij. Voor laden en ontladen moeten we een meer energie- en tijdsefficiënt pad vinden waarin de batterij zich stabiliseert en vervolgens klaar is voor gebruik.’
Hoe staat het nu met recycling? Als Nederland, en in iets breder opzicht Europa, zich minder afhankelijk van China en de VS wil maken, dan zullen we ook in terugwinning de nodige stappen moeten zetten…
‘De EU stelt steeds meer eisen aan de recycling’, antwoordt Schilt. ‘In 2031 moeten batterijen een minimum gehalte aan gerecycled materiaal bevatten: 16% kobalt, 85% lood, 6% lithium en 6% nikkel. Ook gelden er specifieke, toenemende minima voor het terugwinnen van grondstoffen als nikkel, kobalt en koper. Je moet wel bedenken dat de ‘feedstock’ van lithium-ion batterijen op dit moment redelijk gelimiteerd is. De eerste afgeschreven batterijen komen immers nu pas op de markt.’
Vervolgt: ‘De meest waardevolle grondstoffen bij recycling zitten aan de kathode kant. Batterijen worden eerst versnipperd tot een zwarte massa. Via een hydrometallurgisch proces waarin de massa wordt opgelost, halen verwerkers er vervolgens de metalen en metaalzouten uit. Deze ‘urban mining’ is van groot belang om beschikking te krijgen over CRMs (critical raw materials) en minder afhankelijk te worden van geopolitieke ontwikkelingen. In het MI&CB werken we daarom aan de ontwikkeling van nieuwe, effectieve recyclingmethoden, naast duurzame natrium-ion batterijen en bulkbatterijen voor energieopslag en netstabiliteit.’
Carbon X
Een innovatieve startup die (nu nog) onder de radar verscholen zit, is Carbon X. Deze startup, in 2014 ontstaan op de TU Delft, heeft een strategische, disruptieve aanpak. In plaats van nieuwe materialen te gebruiken, grijpen ze terug op een ruim voorradige grondstof die bij olieraffinage vrijkomt: roetolie. Dat spul, eenmaal verwerkt, blijkt een uitstekende vervanger voor grafiet waar China het monopolie op heeft.
Want wat doet Carbon X? Ze stoppen de roetolie in chemicaliën en maken daar een emulsie van. Dat vormt vervolgens een 3D sjabloon dat lithium-ionen kan opslaan en elektriciteit kan geleiden. Dat resulteert in een koolstofanodemateriaal – ‘carbon black’ genoemd – met dezelfde energiedichtheid en gelijkwaardige eigenschappen als grafiet. Het proces verbruikt aanmerkelijk minder energie dan grafietproductie (gedolven of synthetisch), kent lagere kosten en kan naadloos worden geïntegreerd in bestaande installaties (die van ‘carbon black’ onder meer autobanden maken). Lokale productie draagt bovendien bij aan vermindering van CO2-uitstoot. In de Rotterdamse haven, ondersteund door het ETFR (Energietransitiefonds Rotterdam) en een EU-subsidie, heeft de onderneming al een eerste productiefaciliteit van zeshonderd ton per maand, overeenkomend met 0,5 GWh aan batterijcapaciteit.
Afstemming
Voor opschaling naar een internationale markt voor batterijtechnologie is afstemming tussen ontwikkelaars, universiteiten en toeleveranciers doorslaggevend. André Schilt geeft dat onmiddellijk toe. ‘Kijk,’ zegt hij, ‘je kunt op allerlei niveaus batterijen in de markt zetten. Meestal begin je met kleinschalige toepassingen waar je ook meteen het verschil kunt maken. Met vallen en opstaan worden die toepassingen opgeschaald en kan je als bedrijf de EV-markt betreden. We kunnen dat niet alleen. Zoals ik al zei: we zijn goed in anodetechnologie en nanocoatings maar als je straks wilt meespelen in de automotive sector moet je iets verder gaan dat alleen dat. Alles aan de propositie moet kloppen, van het inherent veilige ontwerp en schaalbaarheid tot aantoonbare voordelen en economische haalbaarheid. Dat vereist een uitstekende afstemming. Zaak is wel dat onze bedrijven en kennisinstellingen haast moeten kunnen maken om die voorsprong te kunnen behouden’, besluit hij.
