Nog maar tien jaar geleden gebeurde er in Nederland heel weinig op het gebied van batterijtechniek. Hoe anders is dat nu. Start-ups als LeydenJar floreren, op universiteiten wordt volop onderzoek gedaan. Het consortium BatteryNL wil die kennis bundelen om zo de komende acht jaar bij te dragen aan de ontwikkelingen van de toekomstige batterijen die langer mee gaan en veiliger zijn.
“Er begint van alles te bewegen”, constateert professor Marnix Wagemaker van het TU Delft Reactor Instituut tevreden. “De groei in vraag naar energieopslag in het algemeen en specifiek voor elektrisch vervoer en voor de stabilisatie van het energienet heeft ook in Nederland tractie gekregen door de toenemende instroom van zon- en windenergie. Er zijn verschillende succesvolle start-ups en op de universiteiten en hogescholen zie je steeds meer ontwikkelingen en onderzoek op gebied van batterijen. BatteryNL is daar mede het gevolg van.”
BatteryNL is het consortium dat alle in Nederland aanwezige kennis over batterijtechniek samenbrengt en wil versterken. Het consortium bestaat uit: vijf universiteiten, verschillende hogescholen, (onderzoeks-)instellingen als TNO (Holst) en MEET Battery Research Centre, en 24 bedrijven die direct of indirect belang hebben bij de ontwikkeling van batterijen. Deze partijen zoeken, ieder op hun manier, naar mogelijkheden om de opslagcapaciteit van batterijen te vergroten door nieuwe electrode componenten, waarbij de grote bottleneck is om de levensduur lang genoeg te maken.
“Er zijn veel veelbelovende materialen. Silicium is een mooi voorbeeld, dat heeft een 10 keer zo grote capaciteit vergeleken met huidige grafiet anodes. Maar wat dat nog tegenhoudt is dat op het grensvlak tussen de elektrolyt en de elektrodes nog van alles misgaat, parasitaire reacties die de levensduur kort houden, wat we dus niet willen hebben. Het zijn heel lastig te begrijpen processen omdat ze zich afspelen op de atomaire schaal en zijn dus ook moeilijk op te lossen.”
Wereldwijd komen de belangrijkste ontwikkelingen voor het overgrote deel uit Azië. “Nederland is daarin maar heel klein. We hebben bijvoorbeeld nauwelijks auto-industrie die deze ontwikkeling een boost geeft. We moeten dus bescheiden zijn. Maar we hebben op een aantal vlakken wel unieke kennis. Dat uit zich in de ontwikkeling van nieuwe materialen en geavanceerde technieken om beschermende lagen aan te brengen, waarmee we de grensvlakken zouden kunnen verbeteren en stabiliseren. Aan de universiteiten, TNO en de hogescholen hebben we unieke kennis om deze systemen te onderzoeken en te verbeteren. Nederland kan dus wel degelijk van betekenis zijn. Dat is de kracht van BatteryNL; door die competenties aan elkaar te knopen denken we de ambities waar te maken.”
Onderzoeksprogramma
Het kostte Wagemaker als een van de vijf initiatiefnemers niet veel moeite om de 34 deelnemende partijen te doen samenwerken. “De netwerken lagen er al. Bedrijven kwamen al naar ons toe omdat ze ondersteunende partijen met kennis nodig hebben. Alle deelnemende bedrijven kennen we dus al. We weten welke uitdagingen ze hebben of met welke producten ze werken.”
“Het was ook niet moeilijk om dit programma op te zetten. Iedereen wil dit. Bedrijven willen heel graag een Nederlandse onderzoekstructuur waarbij ruimte is om samen te werken en kennis te delen. Dat is beter dan een klein landje waarin ieder voor zich werkt. De kunst was een goed technologisch en wetenschappelijk programma eronder te bouwen.”
De samenwerking tussen bedrijven en instellingen gaat namelijk verder dan het enkel delen van kennis. De bedrijven dragen financieel bij aan de aanstelling van 17 promovendi en 5 postdocs bij de universiteiten en hogescholen. Daarmee krijgen de onderzoeksinstellingen eindelijk de slagkracht om op een wetenschappelijke manier onderzoek te doen naar bijvoorbeeld die parasitaire processen.
“We begrijpen heel veel dingen nog niet. Er zijn zoveel parameters die meespelen”, zegt Wagemaker. “Daarom gaan we de grensvlakken eerst vereenvoudigen en er met verschillende geavanceerde technieken naar kijken om te weten wat er gebeurt. Die kennis gaan we overhevelen naar meer realistische systemen en integreren in processen zodat we producten ook beter maken. Dit is er allemaal op gericht om van nieuwe elektrodes die in theorie veelbelovend zijn de levensduur te verbeteren.”
“Tegelijk proberen we ook de stap te zetten naar een vaste stof elektrolyt. Vloeibare elektrolyten zijn brandbaar en toxisch, vaste-stof elektrolyten niet, waardoor deze vaste-stof batterijen veiliger zijn. We doen ook lifecycle analysis: wat is de CO2-uitstoot van de grensvlakbehandeling die we bedenken, en kunnen we wel aan de benodigde materialen komen? Als dat niet goed is, stappen we er niet in. Dat is de kracht van ontwikkelen met goede randvoorwaarden.”
De opgedane kennis wordt gedeeld onder de deelnemende partijen. “De kracht daarvan zit hem in het feit dat we met z’n allen naar hetzelfde probleem kijken. We zoeken niet alleen een academische oplossing, maar kijken ook naar hoe dit opgeschaald moet worden zodat het ook daadwerkelijk in een batterijfabriek gerealiseerd kan worden.”
Kennis delen
De kick-off bijeenkomst van BatteryNL vond plaats op 12 januari in Amersfoort. Daarna zullen de partijen onder meer via regelmatig terugkerende workshops en informele bijeenkomsten, kennis uitwisselen. “We zitten hier al jaren om te springen. Veel Nederlandse bedrijven die goed bezig zijn, komen op fundamentele aspecten van de batterij kennis te kort. Die kennis is er wel bij de universiteiten, maar zij hadden tot voor kort niet de handen vrij. Dankzij de aanstelling van de promovendi en postdocs krijgen zij nu de slagkracht om problemen aan te pakken.”
“We hebben bakken vol ideeën over wat we gaan doen. Ik heb dan ook geen twijfel of dat er veel gaat uitkomen, belangrijk is dit vertalen naar praktische toepassingen, technologie die schaalbaar is en die een volgende generatie batterijen dichterbij brengt – met een Nederlands vlaggetje.”
