Onderzoekers van TU Delft en de Chinese Academy of Sciences hebben een grote stap gezet in de ontwikkeling van een milieuvriendelijke batterij. Concreet gaat het om natrium-ionbatterijen.
De wetenschappers ontwikkelden een methode om de atomaire (ondeelbare) structuur van natrium-ionbatterijen te voorspellen. Tot nu toe was dat zelfs met de snelste supercomputers onmogelijk. De vinding kan het onderzoek naar deze natruim-ionbatterijen aanzienlijk versnellen. Daardoor kan dit type batterij een serieuze techniek worden naast de populaire lithium-ionbatterijen, die in smartphones, laptops en elektrische auto’s zitten. De onderzoekers hebben hun bevindingen gepubliceerd in het gezaghebbende wetenschappelijke tijdschrift Science.
Kobalt heeft grote milieu-impact
Het is volgens de Delftse onderzoekers geen toeval dat onze mobieltjes, laptops en elektrische auto’s lithium-ionbatterijen bevatten. ‘Wat prestaties en energiedichtheid betreft zijn de batterijen ongeëvenaard. Toch kleven er ook nadelen aan het feit dat we zo afhankelijk zijn van één type batterij. Neem kobalt. Tot nu toe is het, ondanks veel onderzoek daarnaar, niet gelukt om zonder deze zeldzame grondstof lithium-ionbatterijen te maken. Kobalt wordt bijna uitsluitend in Congo gewonnen, onder barre omstandigheden en met grote impact op het milieu’, aldus de onderzoekers.
Lithium kan op termijn ook een problematische grondstof worden. ‘Op dit moment hebben we er meer dan genoeg van’, zegt TU Delft-onderzoeker Marnix Wagemaker. ‘Maar als we straks allemaal elektrisch rijden en een grote batterij in huis hebben voor de opslag van zonne-energie, hebben we een enorme hoeveelheid lithium nodig.’ Dat kan een probleem worden, want de lithiumvoorraden zijn volgens hem allesbehalve oneindig.
‘Keukenzout-batterij’
Een batterij die volgens de onderzoekers tot nu toe nog maar weinig aandacht heeft gekregen, is dus de natrium-ionbatterij. De naam zegt het al: in plaats van lithium is dit batterijtype gebaseerd op natrium, dat onder meer in keukenzout zit. Na-ion batterijen zijn in theorie niet zo goed als li-ionbatterijen, maar veel scheelt het niet. Wagemaker: ‘Op labschaal halen we een energiedichtheid die maar 20 tot 30 procent lager ligt dan die van li-ionbatterijen. Voor een mobiele telefoon of elektrische auto zijn ze dus niet zo competitief. Maar voor situaties waarin gewicht iets minder belangrijk is, bijvoorbeeld maritieme toepassingen of voertuigen die vaak kunnen worden geladen, zijn ze wel een goed alternatief.’
Ook voor stationair gebruik, bijvoorbeeld in een batterijpark dat wind- en zonne-energie opslaat, zouden dit soort batterijen heel geschikt zijn. Daar komt bij dat Na-ionbatterijen niet per se kobalt vereisen, wat leidt tot lagere kosten en minder ethische problemen.
Toekomst: andere batterijstructuren onderzoeken
Dit onderzoek was overigens gericht op één onderdeel van een batterij: de kathode. Dit is, bij een elektrisch systeem met twee polen of elektroden, de pool waar de elektronen het systeem ingaan. Een volgende stap is om ook te kijken naar andere typen structuren, zowel in elektrodes en elektrolyten voor diverse soorten batterijen. Wagemakers hoopt met dit onderzoek de ontwikkeling van materialen voor volgende generaties batterijen te versnellen.
