Studententeam Better/e werkt aan alternatief voor lithium-ion batterij
Studententeam Better/e werkt aan een batterij waarvan niet lithium maar ijzer het hoofdbestandsdeel is. Ze zien de iron redox flowbatterij als de toekomst van energieopslag op grote schaal.
Met de energietransitie staan we aan het begin van een tijdperk waarin een grote rol is weggelegd voor lithium. Het is de lichtste van alle metalen en hoofdbestanddeel van veel batterijen. Maar, als we niet ingrijpen, hebben we er in 2050 al te weinig van, waarschuwen wetenschappers. De oplossing ligt volgens hen in betere recycling van batterijen én het ontwikkelen van nieuwe type batterijen op basis van andere grondstoffen.
Die laatste optie is precies waar studententeam Better/e van de TU/e zich mee bezighoudt.
"Er is niet genoeg lithium op aarde. Wij willen een technologie ontwikkelen waarvan de basismaterialen in grote getalen aanwezig zijn, die niet duur is en die op grote schaal ingezet kan worden."
Goof Roelands, student chemical engineering TU/e
Hij is student chemical engineering aan de TU/e en binnen Better/e verantwoordelijk voor de scheikundige kant van het verhaal.
Flowbatterij
Het team ontwikkelt een iron redox flowbatterij die energie opslaan in elektrochemische vorm. Een flowbatterij bestaat uit twee tanks met twee sterk geleidende elektrolytvloeistoffen die van elkaar gescheiden worden door een elektrochemische cel. Het systeem wekt dus elektrische stroom op door negatief en positief geladen vloeistoffen uit te wisselen. Die stroom wordt opgevangen door elektroden en kan zo worden opgeslagen en vervolgens gebruikt in elektrische systemen. De twee vloeistoffen worden van elkaar gescheiden door een membraan.
Het grootste nadeel van deze flow batterijen is dat er dure vloeistoffen voor nodig zijn. De flowbatterij die nu het vaakst voorkomt, werkt op basis van vanadium, een middelhard en schaarse metaalsoort. Better/e wil een flowbatterij ontwikkelen waarin ijzer het hoofdbestandsdeel is. Daar zijn veel grotere getalen van beschikbaar en daardoor veel goedkoper.
Roelands: “We werken nu toe naar het prototype van één cel. Die moet eind dit jaar af zijn. In de cel kun je bepaalde stoffen, zoals zuur, toevoegen die ervoor zorgen dat de reactie efficiënter verloopt. We zijn nog aan het afwegen welke zuur we gaan gebruiken. Want ook hiervoor geldt dat de stof niet te duur mag zijn en in grote hoeveelheid verkrijgbaar.”
Sinds Roelands een jaar geleden bij het team kwam, bestonden de werkzaamheden vooral uit het doen van bronnenonderzoek. Niet het meest spannende onderdeel van het proces, maar daardoor heeft het team nu wel een goede basis om een cel te ontwikkelen die efficiënt genoeg is. Dat is tegelijkertijd ook de grootste uitdaging. Want, zodra de pH-waarde van de vloeistoffen te laag is, vindt er een waterstofevolutiereactie (beter bekend als ‘hydrogen evolution’) plaats. Daardoor gaat de efficiëntie van de cel omlaag. Een zuurgraad hoger dan drie is ook niet wenselijk. “Dan vindt er een neerslagreactie plaats, waardoor alle stoffen in de oplossing naar de bodem zakken en een laagje vaste stof vormen. De grootste technologische uitdaging is om daartussen een goede balans te vinden.”
Toepassing op grote schaal
Als de enkele cell staat, wil Better/e meerdere cellen samenbrengen in een stack design, zodat er meer stroom opgeslagen kan worden in het systeem. De technologie is niet bedoeld voor toepassingen op kleine schaal, zoals telefoons of auto’s. “Het membraan dat tussen de twee compartimenten zit, zou op kleine schaal altijd relatief groot zijn ten opzichte van de compartimenten. De chemische reactie verloopt dan inefficiënt. Pas als je grote containers met meerdere cellen hebt, wordt de technologie interessant. Dan kun je er pompen inzetten en alles heel efficiënt regelen. Alle stroom die zonnepanelen en windmolens binnenhalen, kan dan worden omgezet en opgeslagen met onze technologie, zodat het in de stad gebruikt kan worden."
"Onze batterij is de toekomst van energieopslag op grote schaal."
Goof Roelands, verantwoordelijk voor scheikundige kant bij Better/e
Geen winst, maar opensource-document als einddoel
Het uiteindelijke doel is om een opensource-document te publiceren waar iedereen toegang tot heeft. “Zo hopen we dat het onderzoek naar deze technologie in een sneltreinvaart terechtkomt. We willen de technologie zo snel mogelijk toegankelijk maken voor een grote doelgroep. Ons doel is dus niet om zelf uit te groeien tot een bedrijf, we doen het echt voor het grotere geheel.” Better/e werkt samen met Fair Battery, een ander team van de TU/e die ook werken aan de ontwikkeling van een redox batterij.
Afgelopen zomer won Better/e de Boost Your Tech Career-award op de TU/e contest en werden ze tweede in het algemene prototype klassement. “We hebben heel veel nieuwe contacten opgedaan, dat is sowieso al waardevol. En omdat we de BYTC-award wonnen, mogen we gratis cursussen volgen om bijvoorbeeld te leren lassen. Dat kunnen we ook heel goed gebruiken. Ik ben zelf een scheikundig engineer, dus het is fijn dat we door die cursussen straks de mechanische engineers beter kunnen helpen.”