Onderzoekers van onder andere de TU Delft zijn erin geslaagd een natriumbatterij zodanig te verbeteren dat deze kan concurreren met lithiumbatterijen. Dat is een belangrijke stap voor het verduurzamen van accu’s.
Oplaadbare batterijen zijn belangrijk voor de energietransitie: ze zitten bijvoorbeeld in elektrische auto’s en kunnen wind- en energie opslaan in tijden van overschot. Wetenschappers zijn dan ook al een tijdje bezig met een zoektocht naar de meest efficiënte batterij.
Momenteel worden vooral batterijen op basis van lithium en kobalt gebruikt. Dat zijn echter schaarse grondstoffen, die Europa afhankelijk maken van China, Chili en Australië. Bovendien gaat de winning van lithium gepaard met milieuvervuiling, en komt er bij de productie van lithiumbatterijen veel meer CO2 vrij dan bij natriumbatterijen.
Bij-effect
Een duurzamer alternatief is een batterij op basis van natrium en koolstof. Natrium is in ruime mate beschikbaar - het is een bestanddeel van keukenzout. Natriumbatterijen (of, vollediger, natrium-ionbatterijen) waren tot nu toe echter ongeschikt voor het grote werk: ze kunnen minder energie opslaan dan lithiumbatterijen en gaan minder lang mee. Dat probleem lijkt nu grotendeels te zijn opgelost. Een internationaal team onderzoekers, onder andere van de TU Delft, verbeterde zowel de oplaadsnelheid als de opslagcapaciteit van de batterij. Als onverwacht bij-effect van de toegepaste techniek bleek de nieuwe batterij daarnaast een veel langere levensduur te hebben. Hij gaat (in het lab) 30 tot 40 procent langer mee dan lithiumbatterijen..
Kristalstructuur
Om dit te bereiken, ontwierpen de onderzoekers een nieuwe kristalstructuur voor de positieve elektrode (kathode) van de batterij. ‘Hierin kan niet alleen veel natrium worden opgeslagen, maar bewegen de natriumionen ook makkelijker’, zegt Marnix Wagemaker van de TU Delft, die het onderzoek leidde. ‘Daardoor kan de batterij snel laden.’ De onderzoekers combineerden hiervoor twee al bekende structuurtypen in een nieuw, gelaagd materiaal. ‘En omdat het natrium zich hierin heel geleidelijk ophoopt, blijft die structuur lang intact en heeft de batterij dus een verrassend lange levensduur’, zegt Wagemaker.
De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Sustainability. Een maand eerder schreven ze in Nature Energy hoe ze ook de negatieve elektrode (anode) van de batterij al verbeterden, door voor het koolstof waaruit deze bestaat de optimale kristalstructuur te bepalen.
Duurt nog jaren
Moniek Tromp, hoogleraar materiaalchemie aan de Rijksuniversiteit Groningen, noemt de nieuwe techniek in een artikel van de NOS een grote en belangrijke stap. Wel benadrukt ze dat het nog jaren kan duren voor een dergelijke nieuwe techniek op grote schaal kan worden toegepast.