Klimaat & energie › Solid-state batterijen & energieopslag
Bleekmiddel verdubbelt vermogen van goedkope zoutwaterbatterij
Amerikaanse onderzoekers hebben een onverwachte bijreactie in zoutwaterbatterijen omgebogen tot hoofdreactie. Door bewust bleekmiddel toe te voegen, verdubbelden ze het piekvermogen van deze veilige en goedkope batterijtechnologie, waardoor die nu kan concurreren met lithium-ion voor grootschalige stroomopslag.
Onderzoekers van het Amerikaanse Oak Ridge National Laboratory (ORNL) hebben een doorbraak bereikt met een batterij die werkt op gewoon zout water. Door een chemische bijreactie te omarmen in plaats van te onderdrukken, verdubbelden ze het maximale vermogen van dit type batterij. Dat maakt de technologie geschikt om lithium-ionbatterijen te beconcurreren voor grootschalige energieopslag op het elektriciteitsnet.
Een ongewenste reactie wordt de hoofdrolspeler
Een zoutwaterbatterij gebruikt een elektrolyt van zout water om energie op te slaan en weer af te geven. Dat maakt het een veilig en goedkoop alternatief voor lithium-ion, met water dat zichzelf ook nog eens koelt. Het probleem zat in de hoofdreactie: die verloopt via zuurstof en wisselt daarbij tussen vloeibare en gasvormige vorm. Dat proces is traag, vraagt dure katalysatoren en beperkt het vermogen van de batterij. Postdoctoraal onderzoeker Wooseok Go merkte tijdens experimenten een bijproduct op: natriumhypochloriet, oftewel bleekmiddel. Normaal gesproken proberen batterij-ingenieurs zulke bijreacties juist te onderdrukken. Go zag echter dat deze reactie een hogere spanning opleverde dan de zuurstofreactie en stelde voor om die juist centraal te zetten.
Door slechts 5 procent extra bleekmiddel toe te voegen, nam de nieuwe reactie de overhand. Omdat de hele cyclus tussen chloride en hypochloriet zich volledig in vloeibare vorm afspeelt, verdween het lastige overgangsprobleem tussen gas en vloeistof. Dure katalysatoren werden overbodig en de interne weerstand van de batterij daalde. Het resultaat: een sneller reagerende, stabielere batterij die qua piekvermogen dicht bij lithium-ion komt.
Veiliger alternatief voor lithium-ion
Zoutwaterbatterijen zijn zwaarder en groter dan lithium-ioncellen, waardoor ze ongeschikt zijn voor smartphones of elektrische auto's. Voor stationaire opslag op het elektriciteitsnet is gewicht echter geen probleem. Daar wegen lage kosten, veiligheid en een lange levensduur zwaarder dan compactheid. Grote lithium-ionbatterijparken hebben energie-intensieve koelsystemen nodig om brand te voorkomen, terwijl zout water vanzelf de temperatuur reguleert. Volgens hoofdonderzoeker Ruhul Amin voelt de nieuwe chemie aan als de overstap van een gezinsauto naar een sportwagen: de batterij reageert direct zodra het net stroom nodig heeft.
Op weg naar de markt
Het Tennessee-gebaseerde bedrijf Coulomb Technology werkt al aan commerciële toepassing van de technologie. Het bedrijf wil de batterijen inzetten als noodstroomvoorziening voor grote datacenters en om elektriciteitsnetten langdurig te ondersteunen. Ook op zee liggen kansen: vrachtschepen omringd door zeewater zouden de batterij van brandstof kunnen voorzien. ORNL onderzoekt nu andere metalen voor de negatieve elektrode, om productie te vereenvoudigen en de resterende zuurstofreactie verder te onderdrukken.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Deze ontdekking kan zoutwaterbatterijen een serieus alternatief maken voor lithium-ion bij grootschalige, stationaire energieopslag, zoals bufferbatterijen voor het stroomnet of noodstroom voor datacenters. Omdat de grondstoffen goedkoop en overvloedig zijn en brandgevaar veel kleiner is, kan dit bijdragen aan een betrouwbaarder en veiliger elektriciteitsnet zonder afhankelijkheid van schaarse batterijmetalen.
- Zoutwaterbatterij
- Een batterij die een oplossing van zout water gebruikt als elektrolyt om stroom te geleiden, in plaats van de brandbare vloeistoffen in lithium-ionbatterijen.
- Elektrolyt
- De geleidende vloeistof (of gel) in een batterij waardoorheen geladen deeltjes bewegen tussen de twee elektroden.
- Natriumhypochloriet
- De scheikundige naam voor bleekmiddel; in deze batterij fungeert het als actieve stof die energie opslaat en weer afgeeft.
- Redoxreactie
- Een chemische reactie waarbij elektronen worden uitgewisseld tussen stoffen; dit is het basisprincipe waarmee batterijen elektriciteit opwekken.
- Interne weerstand
- De weerstand die stroom ondervindt binnenin een batterij zelf; hoe lager deze is, hoe meer vermogen de batterij kan leveren.
- Katalysator
- Een stof die een chemische reactie versnelt zonder zelf te worden verbruikt; in de oude batterijchemie waren dure katalysatoren nodig om de trage zuurstofreactie op gang te houden.
- Piekvermogen
- Het maximale vermogen dat een batterij op een bepaald moment kan leveren, bijvoorbeeld tijdens een plotselinge stroomvraag.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
