Een echt schone en goedkope batterij
Bastienne Wentzel

4 december 2023, NWO

Een fictief nieuwsbericht - 4 dec 2038.
Milieuvriendelijke, veilige en betaalbare batterijpakketten voor opslag van elektriciteit thuis, dat was jarenlang een heilige graal. Door Nederlandse onderzoekers in samenwerking met het bedrijfsleven wordt dit nu realiteit.

Een groep Nederlandse chemici ontwikkelde batterijen waar enkel ijzer en koolstof in zit, gebruik makend van de lucht. Ze zijn milieuvriendelijker, veiliger en goedkoper dan gangbare batterijen. De batterij is klaar voor de praktijktest: op 1 oktober 2038 opende de eerste mega-fabriek in Groningen. De verwachting is dat deze batterijen de nikkelhoudende variant en de lithium-ion batterijen die bij veel mensen thuis staan om elektriciteit van zonnepanelen op te slaan, kan vervangen. Een eerdere pilot van E-Stone, dat rond 2018 ook aan de wieg stond van de nikkel-ijzer-zwavelbatterij, toonde al aan dat de nieuwe batterijen net zoveel energie leveren, veel langer lang meegaan, net zo efficient en goedkoper zijn.
Hoogleraar duurzame energieopslag Moniek Tromp, die vanaf het begin samenwerkte met E-Stone, legt uit: “Begin jaren dertig zijn we een project gestart om ijzer-lucht-batterijen geschikt te maken voor gebruik op grote schaal. De technologie werd al in 2025 bewezen in het lab, ruim vijf jaar nadat we de nikkel-ijzer-zwavelvariant hadden ontwikkeld, maar we stuitten op praktische problemen. Zo hebben we lang gezocht naar de juiste combinatie van grafeen en poreus koolstof om de efficiëntie van de lucht-elektrode te verhogen. Ook de stabiliteit en (kosten-efficiënte) reproduceerbaarheid op grote schaal was, net als bij de voorganger, een probleem dat we hebben opgelost.”

Kapitaalinjectie
De mogelijkheid voor doorontwikkeling van de milieuvriendelijke variant diende zich aan bij E-Stone door een grote order van nikkel-ijzer-zwavelbatterijen. Het bedrijf leverde alle opslagcapaciteit voor het grootste windpark voor onze kust, ‘IJmuiden Ver’, dat sinds 2030 operationeel is. Dat bracht genoeg kapitaal binnen voor ontwikkeling van de nikkelvrije batterij.
Nikkel was altijd nog een doorn in het oog. Hoewel de batterij gegarandeerd veilig is en niet kan exploderen zoals een lithium-ionaccu, kunnen nikkelzwavelverbindingen schadelijk zijn voor de gezondheid. Bovendien moet het gewonnen worden uit mijnen, wat een aanzienlijke impact heeft op het milieu. Daarnaast is de prijs van nikkel flink gestegen.
Een batterij met enkel ijzer, koolstof en lucht is echt milieuvriendelijk, vindt Tromp. “IJzer is in overvloed beschikbaar en makkelijk en schoon te winnen en te recyclen. Ook koolstof en lucht leveren geen milieuproblemen op.”

Auto’s en mobieltjes
Vooralsnog is de ijzer-lucht batterij nog ongeschikt voor gebruik in mobiele apparaten. “De systemen voor de luchtinlaat in de ijzer-luchtbatterij zijn nog te complex voor gebruik in draagbare elektronica.”
De onderzoekers werken ook aan een variant van deze accu’s voor gebruik in elektrische auto’s en bussen. “Daarvoor moeten ze heel snel kunnen ontladen en opladen. Daar werken we momenteel aan,” zegt Tromp. “We hebben aangetoond dat het kan. De voertuigen kunnen nu nog maar 400 km rijden op een ijzer-luchtaccu. De beste lithiumaccu’s halen een range van 800 km dus dat moet beter. Het gewicht van de ijzer-lucht accu moet gehalveerd worden bij dezelfde energie-inhoud. Dat is theoretisch mogelijk, maar het vergt een nog beter begrip van de reacties. Recent onderzoek naar nieuwe katalysatoren en prijsdaling van materialen zoals grafeen brengen dit dichterbij. We denken dat we de reacties die in die cel plaatsvinden nu beter kunnen controleren. Maar voordat deze batterijen marktrijp zijn, zijn we zeker tien jaar verder.”

In december 2018 bracht NWO de fictieve krant 'Holland Chemistry News' uit met als fictieve verschijningsdatum 4 december 2038. BMedia schreef onder andere dit artikel, dat in het Engels in de krant is gepubliceerd.