Dat elektrische auto’s steeds verder komen op een acculading, is te danken aan wetenschappers die wereldwijd nieuwe manieren bedenken om er meer energie in op te slaan. Maar veel van de hedendaagse accu’s hebben als nadeel dat sommige grondstoffen, zoals kobalt en lithium, schaars en kostbaar zijn, en soms onder erbarmelijke omstandigheden worden gewonnen.
Hoe mooi zou het zijn als veel van deze materialen niet meer nodig zijn? Hier wordt veel onderzoek naar gedaan. Er zijn al accu’s die minder of geen kobalt nodig hebben. Ook is er aandacht voor versies zonder lithium.
Bard van de Weijer is economieredacteur van de Volkskrant en specialist op het gebied van de energietransitie. Hij richt zich op de vraagstukken waar consumenten, bedrijven en overheden voor staan.
Wetenschappers kijken ook naar natrium als vervanger van lithium. Beide stoffen doen dienst als energietransporteur in de accu. Het pluspunt van natrium is dat het op veel meer plaatsen te vinden is dan lithium, dat nu vooral gewonnen wordt in China, Chili en Australië.
Onder meer de Zweedse fabrikant Northvolt en het Chinese CATL en BYD werken aan commerciële natrium-ionaccu’s. Maar de praktische toepassingen zijn beperkt, omdat hun levensduur korter is en ze minder energie kunnen opslaan. Dit maakt natrium-ionaccu’s minder geschikt voor gebruik in bijvoorbeeld elektrische auto’s.
De onderzoeksgroep van Marnix Wagemaker, hoogleraar elektrochemische energieopslag aan de TU Delft, heeft nu ontdekt hoe mogelijk veel van de nadelen overwonnen kunnen worden. Donderdag is hun vondst gepubliceerd in het wetenschappelijke vakblad Nature Sustainability.
De Delftse onderzoekers hebben met name gekeken naar de kathode, een van de elektrodes in de accu. Om natrium te kunnen gebruiken, moest die van een ander materiaal worden gemaakt. Dit komt omdat natrium-ionen groter zijn dan lithium-ionen. Door hun corpulentie kunnen natrium-ionen zich niet goed in bestaande kathodes wurmen, waardoor er weinig energie opgeslagen kan worden en ook het laden langzaam gaat.
Er bestaan wel kristalstructuren voor kathodes die veel natrium kunnen opslaan, maar niet snel kunnen laden. Er zijn ook varianten die juist snel kunnen laden, maar weinig opslag bieden. Je wilt allebei, zegt Wagemaker: snel laden en veel energie opslaan. ‘Maar zodra je iets hebt ontwikkeld dat een hogere energiedichtheid geeft, gaat dat bijna altijd ten koste van de levensduur en de laadsnelheid’, schetst hij. ‘Als je aan de ene kant iets wint, valt er aan de andere kant altijd iets van de tafel.’
Wagemaker en zijn team hebben nu een combinatie van kristalstructuren weten te maken, die op beide eigenschappen goed presteren. ‘We hebben het ultieme plekje ontdekt waar deze eigenschappen samenkomen’, zegt de onderzoeker. Resultaat: snel laden en veel energieopslag. Met een onverwachte bonus; de accu gaat veel langer mee dan eerdere natrium-ionvarianten.
Vergelijk de kathode met een boekenkast, zegt Wagemaker. Als je die volpropt met natrium-ionen, dan ontstaan scheuren. ‘De kathode kraakt dan letterlijk in haar voegen. Er vallen bij wijze van spreken telkens plankjes uit de boekenkast.’ Met als gevolg dat er steeds minder boeken in kunnen, en dus steeds minder energie – iets wat gebruikers van smartphones merken als die na een tijdje steeds eerder aan de lader moet.
Tot hun verrassing zagen de onderzoekers dat ‘hun’ materiaal de krachten veel evenwichtiger verdeelt over de boekenkast. Hierdoor stijgt de levensduur. ‘Hoe dit precies werkt, snappen we nog niet, maar het is een mooi cadeau.’
Mark Huijben, hoogleraar nanomaterialen voor energieopslag aan de Universiteit Twente en niet betrokken bij het onderzoek, noemt het Delftse onderzoek belangrijk. ‘Met name een langere levensduur is van belang, omdat de kosten van de accu dan over een langere periode verspreid worden.’ Ook sluit de Delftse werkwijze volgens Huijben goed aan bij de bestaande praktijk voor de productie van lithium-ionaccu’s. Zo wordt het mogelijk eenvoudiger de accu in productie te nemen.
De vondst biedt kans op goed presterende accu’s die veel minder zeldzame materialen bevatten, al wordt er nog wel een klein beetje lithium gebruikt. Dit hoeft volgens Huijben ‘geen megaprobleem’ te zijn. Ook is de totale energieopslag lager (ongeveer 20 procent) dan die van de beste lithium-ionaccu’s, maar de capaciteit is vermoedelijk groter dan die van natrium-accu’s die nu op de markt komen.
Wagemaker: ‘De levensduur is mogelijk 20 tot 40 procent langer, ze zijn goedkoper, minder milieubelastend en kunnen sneller worden opgeladen. In de Delftse variant zit nog wel nikkel, een materiaal waar hij ook graag vanaf wil. Er bestaat al een accutype dat zonder nikkel en kobalt toe kan, de zogenoemde LFP-versie, die al in sommige auto’s wordt gebruikt. Maar daarin zit dan weer wel lithium.’
Zien we de vinding binnenkort in onze e-auto’s en smartphones? Wagemaker: ‘Ik zal nooit zeggen dat een ontdekking alles verandert, maar dit onderzoek laat zien dat het gebruik van natrium perspectief biedt. Ik ben ervan overtuigd dat natrium-ionbatterijen de komende decennia belangrijk worden.’
Om u deze content te kunnen laten zien, hebben wij uw toestemming nodig om cookies te plaatsen. Open uw cookie-instellingen om te kiezen welke cookies u wilt accepteren. Voor een optimale gebruikservaring van onze site selecteert u "Accepteer alles". U kunt ook alleen de sociale content aanzetten: vink hiervoor "Cookies accepteren van sociale media" aan.
U bent niet ingelogd
Antwoord op al uw vragen
Updates, wijzigingen en klachten
Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2024 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden