In de omschakeling naar hernieuwbare energie speelt goedkope, grootschalige energieopslag een belangrijke rol om ons energienet te stabiliseren en vraag en aanbod op elkaar af te stemmen. Lithium-ionbatterijen zijn daarvoor een van de goedkoopste, marktklare oplossingen, maar vertegenwoordigen toch nog steeds een aanzienlijke investering. Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben nu samen met universiteiten in China en Canada een nieuw soort batterij ontwikkeld, volledig gemaakt van veel voorkomende en goedkope materialen.
Aluminium en zwavel
Het nieuwe batterij-ontwerp gebruikt aluminium en zwavel als de twee elektrodematerialen, met daartussen vloeibaar aluminiumchloride als elektrolyt. In een paper in het tijdschrift Nature legt MIT-professor Donald Sadoway uit: “Ik wilde iets uitvinden dat beter, veel beter was dan lithium-ionbatterijen voor kleinschalige, stationaire opslag. En aluminium is het op één na meest voorkomende metaal op de markt en het meest voorkomende metaal op aarde.”
Het aluminium hoeft bovendien niet van bijzonder hoge kwaliteit te zijn. Het ontwerp functioneerde zelfs probleemloos met aluminiumfolie uit de supermarkt. Het tweede electrode-materiaal, zwavel, is het goedkoopste van alle niet-metalen, omdat het onder meer een afvalproduct van aardolieraffinage is. Zo heeft Canada al jaren een groot zwaveloverschot, opgestapeld in bergen die zichtbaar zijn vanuit de ruimte. Daardoor zijn de verwachte kosten per batterijcel ongeveer een zesde van die van vergelijkbare lithium-ioncellen. Dankzij de eenvoudige samenstelling, zouden de aluminium-zwavel batterijen ook makkelijk te recycleren zijn.
Hoge capaciteit, onder voorwaarde
De onderzoekers claimen dat hun batterij meer dan drie keer zoveel energie opslaat als een lithium-ionbatterij voor hetzelfde gewicht. Maar dat is wel afhankelijk van de snelheid waarmee de batterij wordt opgeladen en gebruikt. Als ze dat sneller deden: op twee uur ontladen en op zes minuten opladen, dan was de capaciteit maar een kwart hoger. De snelheid van het laden had ook een effect op de levensduur.
Een andere opmerkelijke eigenschap is dat de batterij enkel werkt bij een interne temperatuur van meer dan 90° C. Anders stolt het elektrolyt en kan er geen energie doorvloeien. Dat zou relatief eenvoudig op te lossen zijn met goede isolatie en een klein verwarmingselement om de batterij te ‘ontdooien’. Eens ze in werking is, zou het proces vanzelf voldoende warmte leveren om het elektrolyt vloeibaar te houden. Het voordeel is dan wel dat de batterij niet gekoeld hoeft te worden zoals een lithium-ionbatterij en ze is niet zo ontvlambaar. Toch is het nieuwe ontwerp niet hélemaal veilig. Als de materialen in contact komen met water, ontstaat er waterstofsulfide en dat is wel erg ontvlambaar en giftig.
Naar de markt
De nieuwe spinoff Avanti heeft alvast een licentie genomen op de technologie. “De eerste opdracht van het bedrijf zal een schaalvergroting zijn en het doorstaan van een reeks van stresstests”, zegt Sadoway, die zelf aandeelhouder in Avanti is. Hij acht het perfect mogelijk om deze nieuwe batterij met een opslagcapaciteit van enkele tientallen kilowatturen te gebruiken om een huis of een klein tot middelgroot bedrijf van stroom te voorzien. Ook het gebruik ervan in laadinstallaties voor elektrische auto’s behoort volgens Sadoway tot de mogelijkheden.
Betaalbare en duurzame energie
Industrie, innovatie en infrastructuur