Zijn zoutwaterbatterijen de natuurlijke batterijen van de toekomst?
Het op grote schaal opslaan van elektriciteit uit zonne- en windenergie is een van de hefbomen voor het welslagen van de energietransitie. Vooral als de batterij van de toekomst ook gemaakt is van natuurlijke hulpbronnen – zoals water en zout.
Daarom doen wetenschappers uit o.a. Zwitserland onderzoek naar de productie van batterijen uit natuurlijke hulpbronnen. Met behulp van een speciale zoutoplossing zijn zij erin geslaagd de elektrochemische stabiliteit van water te verdubbelen. Dit brengt ook het economisch gebruik van zoutwaterbatterijen een stuk dichterbij.
Onderzoeker Ruben-Simon Kühnel werkt al jaren aan een waterelektrolyt voor de nieuwe batterij. De voordelen: Water is goedkoop, overal verkrijgbaar en niet ontvlambaar. Bovendien geleidt het elektrisch geladen ionen.
Waarom wordt de zoutwaterbatterij dan nog niet op grote schaal gebruikt? De reden is dat de spanning te laag is. Water heeft slechts een spanningsverschil van 1,23 volt, wil de batterij ook op chemisch stabiele wijze functioneren.
Zoutwater batterijen voor elektrische auto’s en zonne-energie opslag?
De watercel heeft driemaal minder spanning dan een conventionele lithium-ioncel met 3,7 volt. Daarom zijn lithiumcellen tegenwoordig te vinden in e-auto’s en in de meeste thuisbatterijen. De hogere vermogensdichtheid bespaart niet alleen volume en gewicht, maar ook materiaal en componenten. Bijgevolg, cash geld.
“Op middellange termijn moet voor zoutaccu’s een prijs van minder dan 200 US dollar per kilowattuur worden bereikt om te kunnen concurreren met gevestigde systemen”, weet ook Kühnel. Dus het doel is duidelijk gesteld.
De lage spanning is niet essentieel voor stationaire elektriciteitsopslag, omdat het gewicht niet van cruciaal belang is en er bijvoorbeeld in de kelder voldoende ruimte is – in tegenstelling tot in de auto.
Kühnel en zijn collega David Reber hebben nu een manier gevonden om het probleem op te lossen: De zoutelektrolyt voor de zout-waterbatterij moet vloeibaar zijn, maar tegelijkertijd zo sterk geconcentreerd dat er geen overtollig water in zit.
Voor hun experimenten gebruikten de twee onderzoekers een speciaal natriumzout. Meer precies: natrium bis(fluorosulfonyl)imide. Dit zout lost zeer snel op in water. Hier wordt een verhouding van zeven gram zout en één gram water gebruikt. De resulterende heldere zoutoplossing bereikt zo een spanning tot 2,6 volt en blijft elektrochemisch nog steeds stabiel.
De ontdekking zou de sleutel kunnen zijn tot de productie van goedkope en veilige batterijcellen in de nabije toekomst. Tegelijkertijd kosten zoutwaterbatterijen zeer weinig, omdat ze dankzij hun ongevaarlijke inhoud geen complex batterijbeheer vereisen.
Zoutwater batterijen: Levensduur van ten minste 3.000 laadcycli is verplicht
2,6 volt – dit voltage is het theoretische maximum voor het zoutwatersysteem dat door Empa is onderzocht. Om deze waarde in de praktijk te bereiken, hebben de wetenschappers echter nog wat werk te verrichten. Het systeem heeft in het laboratorium reeds met succes een reeks laad- en ontlaadcycli doorstaan. Tot dusver hebben de onderzoekers de anodes en kathodes van hun zoutwaterbatterij echter afzonderlijk getest, samen met conventionele standaardelektroden. In een volgende stap moeten de twee halve cellen nu tot één batterij worden samengevoegd. Verdere laadproeven zijn dan gepland.
Wanneer de technologie marktrijp zal zijn, is moeilijk in te schatten, aldus Kühnel, omdat het basisonderzoek van de Zwitsers moet worden omgezet in een verkoopbaar produkt. Laboratoriumproeven zijn één ding, een krachtige zoutwaterbatterij iets anders, en praktijkervaring ontbreekt nog. Maar de onderzoeker hoopt voor het eind van dit jaar een prototype te kunnen bouwen. Wil de zoutwaterbatterij klaar zijn voor de markt, dan is de levensduur van cruciaal belang: de batterij moet minstens 3.000 keer kunnen worden opgeladen en ontladen om concurrerend te zijn op de markt.
Tegelijkertijd zijn er reeds enkele leveranciers van zoutwaterbatterijen. De technologie zelf wordt steeds populairder: elektriciteit opslaan in zout water is ecologisch, maar bovenal absoluut veilig.
