LeydenJar: unieke technologie als sleutel tot efficiënte en schone mondiale batterijproductie
Een succesvolle energietransitie vereist superenergieke batterijen met een lage footprint. Toevalligerwijs stuitte TNO op een ontdekking die hierin een enorme doorbraak kan betekenen.
Door anodes van pure silicium te maken, neemt de opslagcapaciteit van batterijen met minimaal 50% toe en de CO2 uitstoot van het productieproces drastisch af. Een technologie die door CEO van de Eindhovens-Leidse start-up LeydenJar, Christian Rood en zijn zakenpartner is omarmd. Inmiddels bestaat het bedrijf uit een batterij lab, een pilot plant en twintig medewerkers. De verwachting is dat LeydenJar’s batterijtechnologie in 2022 marktrijp is: ‘onze ambitie is om batterijfabrikanten wereldwijd met onze technologie de sleutel te bieden voor de duurzame productie van uiterst energiedichte batterijen.’
“Bij LeydenJar werken we aan baanbrekende batterijtechnologie met de hoogste energiedichtheid ter wereld,” vertelt Christian. “Om dat te verbeteren volstaat de huidige batterij technologie, de lithium-ion batterij, niet. Daarbij is de anode, ofwel de minpool, het grootste obstakel. Die anode bestaat nu uit koperfolie, koolstof en grafiet. Wij gebruiken nog steeds koperfolie maar vervangen het grafiet door silicium. Dat leidt ertoe dat de opslagcapaciteit van de batterijen op de minlaag 10 keer zo groot is waardoor de energiedichtheid van de batterijen met minimaal 70% kan toenemen.”
CO2 uitstoot bij productie 85% lager dan bij reguliere batterijen
“Wat ons bovendien onderscheidt, is hoe schoon de batterijen die je met onze technologie produceert nu eigenlijk echt zijn. Dan zie je dat de CO2 uitstoot bij het produceren van anodes met onze technologie 85% lager ligt. Grafiet winnen heeft grote impact op het milieu. Silicium daarentegen is één van de meest beschikbare grondstoffen op aarde. De footprint die je achter laat is vele malen lager.”
Pionieren met energieopslag van de toekomst
”Wij zijn één van de weinige bedrijven ter wereld die pure silicium anodes kunnen maken. Normaal gesproken breekt dat af, silicium zet namelijk enorm uit als je het gebruikt om Lithium ionen in op te slaan. Je moet iets speciaals doen om dat te voorkomen. Daar stuitte TNO toevalligerwijs op bij het maken van thin film zonnetechnologie. Doordat ze plasma gebruikten om dunne laagjes silicium aan te brengen ontstond een bepaalde porositeit in het silicium. Dat was niet geschikt voor zonnecellen waardoor het project de koelkast in ging maar later bedacht de uitvinder dat het wel heel geschikt was voor batterijtechnologie en om te pionieren met de energieopslag van de toekomst.”
Schoolvoorbeeld van cross-over en daardoor uniek
“Op dat moment kwam ik in beeld. Door mijn achtergrond in investment banking op onder meer het gebied van cleantech was ik een bekende van TNO. Ik had eerder al een aantal van hun veelbelovende technologieën begeleid naar commercialisatie. Samen met mijn partner Gabriël de Scheemaker heb ik in 2016 LeydenJar opgericht. Het productieproces dat we gebruiken is afkomstig uit de semicon en solar industrie en is nog nooit toegepast in de batterij sector. Het is een schoolvoorbeeld van een cross-over. We hebben daardoor echt iets unieks in handen.”
Pilot plant in Eindhoven en batterij lab in Leiden
“LeydenJar werkt vanuit twee locaties. In Leiden hebben we een batterij lab voor het maken van prototype Li-ion batterijen op basis van onze silicium anodes. Het voornaamste streven op deze locatie is om de energiedichtheid van de batterij zo hoog mogelijk te maken en de levensduur zo lang mogelijk. Onze andere locatie is een pilot plant voor silicium anode rol productie van 400 m2, die ligt in Eindhoven aan de Luchthavenweg. Daar ligt de focus op het geschikt maken van het productieproces voor industrialisatie. Brainport Eindhoven is hiervoor een uitstekende locatie. We kunnen er met heel veel partijen schakelen die ervaring hebben in deze technologie en het is er eenvoudig om mensen met ervaring in dit soort high-tech industrialisatieprocessen te vinden.”
‘ASML voor batterijen’ laten ontstaan vereist groot denken door Nederland
Er ligt een kans voor Nederland om een “ASML voor batterijen” te laten ontstaan. Net als in de chipindustrie waar dichtheid van schakelingen een golf aan productinnovaties mogelijk maakt, maakt een stap in de dichtheid van energie in batterijen een enorme impact. Van langer rijden met elektrische auto’s naar het mogelijk maken van kleinere, slimmere consumentenproducten tot het mogelijk maken van nieuwe industrieën als elektrisch vliegen. Dat vergt als land om groot te denken, groot te investeren en een plek op te eisen in deze snel opkomende industrie.
Benodigde middelen voor groei
“Na onze start hadden we drie maanden de tijd om te bewijzen dat we echt een waardevolle technologie in handen hadden en een prototype op te leveren. Daar was een relatief kleine hoeveelheid middelen voor nodig. Een vereiste voor financiers was dat het prototype 100 keer moet kunnen laden en ontladen op een bepaalde capaciteit. Dat hebben we ruimschoots behaald. In totaal hebben we nu in verschillende fases zo’n 7 miljoen euro opgehaald, een combinatie van eigen vermogen, subsidies en investeringen. Dat vergt tijd en aandacht, maar het is ons gelukt. Volgend jaar verwachten we dat we onze eerste commerciële activiteiten rond krijgen. Op dit moment zijn onze inspanningen gericht op het sluiten van een nieuwe grote financieringsronde.”
Gefaseerd naar de markt
“We brengen de technologie in drie fases tot leven: daarbij beginnen we met sampling, met deze samples kunnen de fabrikanten zelf een aantal batterijen maken. De tweede fase is een proof-of-concept, de derde fase is een design-in, dan wordt ons technologie in je eigen product getekend, tegen die fase schuren we nu aan. Bij het vermarkten van onze technologie starten we bij de markten die het minst eisen op het vlak van kosten en levensduur: wearables en andere speciale toepassingen. Vervolgens gaan we door naar consumer electronics daarvoor moet een batterij 500 keer kunnen laden en ontladen. Ons uiteindelijke streven is automotive en opslag van duurzame energie thuis. Daarvoor moet een batterij zo’n 800 keer volledig kunnen laden en ontladen en dan nog 80% van de oorspronkelijke capaciteit over hebben”.
Technologie efficiënter maken en productieproces geschikt voor industrialisatie
“Op dit moment staan we voor een aantal uitdagingen voordat we naar de markt kunnen. Ten eerste moeten we de technologie en het productieproces zo efficiënt mogelijk maken. Ten tweede moet het productieproces sneller kunnen, zodat je op dezelfde kostprijs uitkomt als lithium-ion batterijen. We werken daarom aan een straat met plasma’s waar de koperfolie doorheen wordt geleid. Op dit vlak werken we samen met partijen in Nederland en Duitsland.”
Zorgen voor zichtbaarheid van onderscheidende Nederlandse batterijtechnologieën
“In Europa staat de oprichting van 24 giga batterijfabrieken gepland om onze afhankelijkheid op het gebied van batterijen van andere continenten te verminderen. Daarmee zou Europa de grootste batterijproducent ter wereld worden. Dan moet je je ook differentiëren van de rest van de wereld. Het moet schoner en sneller. Daarvoor hebben we in Nederland diverse uitermate kansrijke technologie in huis. Daarom werken we nauw samen met partijen als Brainport Development en andere Nederlandse partijen die werken aan doorbraaktechnologieën. Met elkaar werken we aan onze zichtbaarheid in Europa. Onze right-to-play als Nederland is vooral gebaseerd op onze non-traditionele productieprocessen die een forse impact kunnen hebben op batterij prestaties.”.
Gezond ecosysteem creëren via doorbraaktechnologieën voor maatschappelijke uitdagingen
“Als we het over toekomst hebben, geloof ik in decentrale energieopslag. We gaan dichter bij huis energie opwekken en opslaan. Batterijen zijn daarbij essentieel. Daarin wil ik iets betekenen. Mijn persoonlijke drijfveer is om als ondernemer de neuzen van de uitvinders, de publieke en private financiers, de batterij producenten en de eindklanten dezelfde kans op te laten wijzen om met oplossingen te komen voor deze grote maatschappelijke uitdaging, met een grote impact voor iedereen die betrokken is.”