Batterijen zonder zeldzame grondstoffen en metalen
In Wenen In Neustadt is een prototype van groene batterijen gepresenteerd. Deze maken gebruik van organische verbindingen in plaats van zeldzame grondstoffen of metalen. Hierdoor wordt de technologie milieuvriendelijker en beter bestand tegen onzekere toeleveringsketens.
Klassieke lithium-ionbatterijen, die in vrijwel alle elektrische apparaten worden gebruikt, hebben een aantal nadelen: de productie ervan gaat gepaard met hoge emissies, ze zijn nauwelijks recyclebaar en de voor de productie benodigde lithiumvoorraden zijn ongelijkmatig over de wereld verdeeld.
Drie elementen slaan elektriciteit op in deze batterij
In Wiener Neustadt wordt daarom vanuit een nieuw perspectief over elektriciteitsopslag nagedacht. In zogenaamde organische redoxstroomopslagsystemen wordt elektrische energie opgeslagen in chemische verbindingen. Twee organische oplossingen wisselen elektronen uit met behulp van elektrische energie, die vervolgens weer energie vrijgeven wanneer beide oplossingen weer samenstromen.
Organische rode ox flow batterij
De experimentele opstelling is eenvoudig, maar de plannen van de wetenschappers voor organische redoxstroombatterijen zijn groot. Het enige dat nodig is, zijn de elementen koolstof, zuurstof en stikstof. Het voordeel is dat organische moleculen relatief eenvoudig elektronen kunnen opnemen en weer afgeven, zegt CEST-projectleider Christian Pichler. “Elk molecuul kan één of twee elektronen opnemen en vervolgens weer afgeven, afhankelijk van of je de energie wilt opslaan of teruggeven.”
De kunst is om de organische verbindingen zo te ontwerpen dat ze stabiel en herbruikbaar zijn, zegt Pichler. De moleculaire structuren worden ontwikkeld en geassembleerd voor het CEST aan het Instituut voor Wetenschap en Technologie (ISTA) in Klosterneuburg. “Je kunt het je voorstellen als een soort medicijnproductie”, zegt Pichler: “Ook daar wordt het molecuul kunstmatig geproduceerd.
Pichler is ervan overtuigd dat de eerste serieproductie van organische redox-flowbatterijen binnen slechts vijf tot tien jaar mogelijk zal zijn. Hij raadt de techniek vooral aan bij gemeenten met een eigen PV- of windenergieproductie en bij energiecentrales die de zelfgeproduceerde elektriciteit meerdere dagen moeten opslaan. Overproductiepieken zouden kunnen worden opgevangen en donkere periodes zouden kunnen worden overwonnen. Pichler ziet de technologie ook als een back-upsysteem voor industrieparken.
Van glazen fles tot zeecontainer
Want wat er nu in twee glazen kolfjes gebeurt, kun je naar wens opschalen, zegt Pichler. “Als ik meer energie wil opslaan, maak ik gewoon veel grotere flessen; als ik meer energie uit de batterij wil halen, maak ik gewoon de elektroden groter.” Idealiter zou de batterij de grootte van een zeecontainer hebben.
Er bestaan al soortgelijke redoxbatterijen; het bedrijf Cellcube uit Wiener Neudorf produceert ze. In plaats van organische verbindingen gebruikt Cellcube echter het metaal vanadium – meer hierover in Cellcube: How a container becomes a battery.
Batterij in containerformaat: Er bestaan al industriële oplossingen voor op metaal gebaseerde red-ox-batterijen. Het nadeel van vanadiumbatterijen is, naast de benodigde metalen grondstof, de lage opslagcapaciteit. Deze bedraagt slechts 20 procent van een lithium-ionbatterij, aldus Pichler. Organische redox-flowbatterijen hebben daarentegen in tests al een opslagcapaciteit van 50 tot 60 procent bereikt, zegt hij.
Concurrentie voor lithium-ionbatterijen
Het is echter onduidelijk hoe concurrerend de nieuwe technologie is. Hoewel Pichler verwacht dat de industriële productie van organische redox-flowbatterijen zeker kan concurreren met lithium-ionbatterijen, is het zonder industriële productie moeilijk om uitspraken te doen over de productiekosten.
“15 tot 20 jaar geleden zeiden mensen dat lithium-batterijen veel te duur waren. Plotseling begon de massaproductie en daalde de prijs plotseling.” Pichler is ervan overtuigd dat organische redoxstroombatterijen op een vergelijkbare manier succesvol zouden kunnen zijn.
Land ziet toekomstige technologie
De deelstaat Neder-Oostenrijk heeft hoge verwachtingen en heeft veel geld in het project geïnvesteerd. Het land is de grootste donor van CEST en investeert bijna 300.000 euro in organische redox-flowbatterijen over een periode van drie jaar. Daarmee leggen de wetenschappers de basis voor het aanvragen van internationale financiering, zegt Pichler.
Als onderdeel van haar strategie op het gebied van onderzoek, technologie en innovatie investeert het land jaarlijks in veelbelovende onderzoeksprojecten. Het gaat om een wedstrijd voor de beste ideeën, zegt de verantwoordelijke vicegouverneur Stephan Pernkopf (ÖVP) in het vijfde jaar van de financieringsregeling.
Dit jaar 8,5 miljoen euro aan financiering
In 2025 stelt de staat 8,5 miljoen euro ter beschikking. Naast milieu en grondstoffen ligt de focus dit jaar ook op onderzoek naar kunstmatige intelligentie en de promotie van jonge onderzoekers, zo luidt het. De zes oproepen tot het indienen van voorstellen worden gedurende het jaar op verschillende tijdstippen gelanceerd.
Meer weten klik hier
