‘Onderzoek naar batterijen heeft nog een lange weg te gaan’

Dat stelde Marnix Wagemaker gisteren in zijn inaugurele rede aan de TU Delft.

"Er zijn veel voorspellingen te vinden over de toenemende vraag naar batterijen," zegt Wagemaker, "maar het is simpeler om het globaal maar inzichtelijk te berekenen. Per persoon hebben we nu in onze tablet/laptop/telefoon enkele tientallen Wh energieopslag, maar een fatsoenlijke auto en een accu voor een huis zouden per persoon minstens 1000 keer zoveel energie in batterijen vereisen."

Als we naar een duurzame-energietoekomst willen, hebben we dus batterijen nodig die beter presteren en goedkoper en veiliger zijn. "Er wordt enorm veel aan onderzoek en ontwikkeling gedaan om batterijen te verbeteren. Er werken tienduizenden onderzoekers aan, we zien talloze doorbraken, talloze materialen voor elektroden en elektrolyten, en naast Li-ionen en protonen vinden we een aantal andere veelbelovende ladingsdragers, zoals een Na-ion, een K-ion, een Mg-ion en een Al-ion. Maar als we kijken wat het grootste verschil is tussen de eerste commerciële Li-ionbatterij die in 1995 werd geproduceerd en de nieuwste batterijen, is dat de samenstelling van de positieve elektrode. Dat is het enige echte verschil. Dat is schokkend na de hoeveelheid onderzoek en ontwikkeling die erin is geïnvesteerd.

"Maar misschien ben ik nu te sceptisch over het vakgebied van de batterij. De energiedichtheid is immers meer dan verdubbeld en er zijn verschillende batterijen verschenen met een nieuwe chemische samenstelling; andere staan op het punt te verschijnen. Er zijn talloze interessante ontdekkingen die ons kunnen helpen om betere batterijen te ontwikkelen. Maar het is wel duidelijk dat er nog grote uitdagingen voor ons liggen en dat we onze methoden kritisch moeten evalueren."

Faalmechanismen

Iets wat ons volgens Wagemaker belemmert, is dat de focus te veel op succes ligt, op het verklaren van de verbeteringen, terwijl er weinig aandacht is voor fundamenteel onderzoek naar faalmechanismen. Door meer inzicht in batterijen maken we niet automatisch betere batterijen. Onderzoekers moeten op basis van de nieuwe inzichten ook daadwerkelijk betere materialen ontwikkelen: nieuwe materialen, met name voor het elektrolyt en de elektroden, en vooral nieuwe interfaces, aangezien die cruciaal zijn bij batterijen.

"Er zijn steeds meer initiatieven om computermethoden te gebruiken bij het ontwerpen van nieuwe materialen en betere batterijen. Het belangrijkste voorbeeld hiervan is het Materials Project, dat een platform biedt waarmee het potentieel van nieuwe materialen voor batterijen snel kan worden beoordeeld. In Europa is er de ambitie om hier nog een stap verder in te gaan en ook artificiële intelligentie in te zetten om sneller materialen te ontdekken. Ik denk wel dat computermethoden steeds belangrijker zullen worden, maar geloof toch dat het cruciaal is dat we voortbouwen op de intuïtie en ervaring van materiaalwetenschappers."