Achtergrond

Lithium-ion blijft de baas in komend decennium

Teake Zuidema | dinsdag 14 januari 2020
Energie

Als het afgelopen decennium een indicatie is, dan mogen we ook in de komende tien jaar aanzienlijke verbeteringen verwachten voor de elektrochemische opslag van energie. Dankzij gigafabrieken en technische doorbraken is de opslag van energie per kWh in lithium-ion batterijen sinds 2010 85 % goedkoper geworden. In 2010 zaten ze vooral in mobieltjes en laptops. Anno 2020 rijdt de Tesla Model 3 (als het niet te hard vriest) 500 km op de energie van lithium-ion.

Toch zit de wereld te springen om batterijen die nog meer energie opslaan, meer vermogen leveren, een langere levensduur hebben en bovendien veiliger en goedkoper zijn. Ze zijn nodig voor de transitie naar een wereld die gedomineerd wordt door hernieuwbare energie: efficiëntere elektrische auto’s, opslag van hernieuwbare energie en elektrisch vliegen.

Hoewel er miljarden worden geïnvesteerd in de R&D voor allerlei nieuwe batterijen, zal lithium-ion over tien jaar nog steeds de markt domineren. Concurrerende technologieën doen het vaak geweldig in een lab, maar vallen vaak door de mand bij opschaling naar massaproductie. Daarnaast zijn het echter vooral de miljarden die reeds geïnvesteerd zijn in lithium-ion gigafabrieken die de markt afgrendelen voor alternatieven.

Veel onderzoek concentreert zich dus op het verbeteren van lithium-ion. technologie. Het Amerikaanse bedrijf Ionic ontwikkelt een vaste, polymere elektrolyt die de vloeibare, en explosieve, elektrolyt in een lithium-ion cel kan vervangen. Het meeste onderzoek richt zich echter op het vervangen van grafiet in de anode van lithium-ion cellen door silicium dat in principe meer lithium-ionen kan bevatten.

Bloomberg New Energy Finance verwacht dat in de komende vijf jaar wereldwijd voor meer dan 600 GWh aan nieuwe lithium-ion capaciteit zal worden gebouwd. Dat zal de batterijen goedkoper maken; de prijs kan in 2024 onder de $100 kWh zakken en dat zou het moment kunnen zijn waarop elektrisch rijden in personenwagens, eindelijk, goedkoper wordt dan rijden op benzine.

Het is dan wel nodig dat de prijzen van de grondstoffen voor de lithium-ion cellen - lithium, kobalt, nikkel en grafiet – niet onverhoeds stijgen. Veel bedrijven zijn bezig kobalt weg te werken. Kobalt is duur en wordt onder zeer bedenkelijke omstandigheden gewonnen. Misschien brengt IBM uitkomst. Het bedrijf maakte in december 2019 bekend een lithium-ion batterij te hebben ontwikkeld waarvoor alle grondstoffen gewonnen kunnen worden uit zeewater.

Voor elektrisch vliegen zijn batterijen nodig die veel meer energie per gewicht opslaan en veel sneller energie kunnen afstaan. Daarvoor zijn elektroden nodig die nu nog niet bestaan. Vandaar dat ook in 2030 alleen superlichte vliegtuigen elektrisch zullen vliegen. Venkat Visnawanathan, een batterij expert van de Carnegie Mellon University, denkt dat we tot na 2030 moeten wachten op de lithium-lucht batterij, een technologie die zuurstof direct uit de lucht haalt en die 700 W/kg kan leveren.

Lithium-ion wordt ook ingezet voor opslag van stroom in het grid. De grootste toepassing is een 100 MW installatie in Australië. In de optiek van de California Energy Commission (CEC) en andere heeft lithium-ion echter een te lage energiedichtheid en een te korte levensduur om op rendabele wijze hernieuwbare energie op te slaan. De CEC heeft meer fiducie in systemen die gebruik maken van vliegwielen, samengeperste lucht, groene waterstof, thermische opslag of flow-batterijen.

Ontvang de nieuwsbrief, binnenkort 2 keer per week

Meld je nu aan!

Gratis proefabonnement TW

Bestel nu 2 gratis proefnummers TW