Goedkope batterijtechnologie gaat meer dan tien jaar mee

Slimme energiemeters kunnen een einde maken aan terugdraaiende meters, wat een serieuze impact heeft op de rendabiliteit van zonnepanelen. Eén van de manieren waarop eigenaars van zonnepanelen zich er van kunnen vergewissen dat hun energiefactuur laag blijft, is met een grote batterij, zoals de Powerwall van tesla. Met een prijskaartje van 3.675 euro zal niet iedereen zich deze oplossing kunnen veroorloven. Bovendien is de levensduur van dergelijke batterijen (voorlopig) nog erg beperkt.

Capaciteit behouden

Een onderzoeksteam van Harvard heeft een batterij ontwikkeld die beide nadelen van de baan kan helpen. De batterij maakt gebruik van een vloeibare oplossing in een externe tank. Klassieke accu’s die gebruik maken van deze methode hebben als groot nadeel dat de capaciteit van de batterij erg snel daalt na meerdere oplaad- en ontlaadcycli, waardoor het elektrolyt regelmatig onderhouden moet worden om de capaciteit te behouden.
Het team van ingenieurs heeft daarom de structuur van de moleculen die aan de negatieve en positieve elektrolyt worden gebruikt, aangepast. De moleculen zijn hierdoor oplosbaar in water en volgens het team van Harvard gaat er slechts een procent aan capaciteit verloren na 1.000 oplaad- en ontlaad-cycli. Volgens Michael Aziz, één van de teamleden, overleeft een lithium-ionbatterij deze hoeveelheid cycli nog niet eens.

Goedkoop

Dat de batterij zijn capaciteit gedurende lange tijd kan behouden, is niet het enige voordeel. “Doordat de elektrolyten in neutraal water kunnen worden opgelost, is het een batterij die je in je kelder kan plaatsen,” legt Roy Gordon uit. “Wanneer de vloeistof op de grond wordt gemorst, zal het niet in het beton invreten. Bovendien is het medium niet corrosief, waardoor je goedkopere materialen kan gebruiken voor de batterijcomponenten, zoals de tanks en pompen.”

Aangepaste moleculen

Om tot dit resultaat te komen, moesten de wetenschappers in de eerste plaats uitzoeken waarom de moleculen in neutrale oplossingen zo snel degraderen. Het team paste het molecule viologeen, dat bij de negatieve elektrode wordt gebruikt, aan, zodat het beter bestand is tegen de vloeistof waarin het zich bevindt. Aan de positieve elektrode maakt het team gebruik van ferroceen, dat bekend staat voor zijn elektrochemische eigenschappen.
Jammer genoeg is ferroceen niet oplosbaar in water. Het materiaal wordt daarom in batterijen gebruikt met organische solventen, maar deze zijn licht ontvlambaar en duur. Het team paste daarom eveneens de structuur van de ferroceenmoleculen aan, waardoor het materiaal wel opgelost kon worden in water.

Resultaat

Doordat beide elektrolyten in water gebruikt kunnen worden, kan de kost van een membraan dat beide kanten van de batterij van elkaar scheidt, worden gereduceerd. De pH is immers neutraal, waardoor er geen speciale polymeren die bestand zijn tegen corosieve materialen moeten worden aangeschaft. Het dure materiaal kan worden vervangen door eenvoudige koolwaterstofverbindingen.
Deze reductie in kost is erg belangrijk. “Indien we in de buurt kunt komen van 100 dollar per kilowattuur, dan kan je de wereld veranderen,” meent Aziz. “Het wordt kostenefficiënt om batterijen te gebruiken op veel plaatsen. Dit onderzoek brengt ons een stap dichter bij dit doel.”