Een batterij maken die energie opslaat en afgeeft: dat is de kunst niet. Je kunt ongeveer elk element uit het periodiek systeem gebruiken. Je kunt een batterij maken

Maar hoe zorg je ervoor dat een nieuwe batterij ten opzichte van de bestaande technologie:

  • goedkoper is
  • én langer meegaat
  • én het liefst ook veel sneller oplaadt
  • én zeker niet sneller uit zichzelf ontlaadt
  • én idealiter veiliger is dan de bestaande
  • én onder elke temperatuur blijft functioneren,
  • daarbij graag ook nog ecologisch verantwoorder is om te produceren
  • én vooral: veel meer energie per kubieke centimeter batterij bevat?

Dat is de batterij die we willen hebben, met de transitie die nu gaande is naar groene energie. Het opwekken daarvan kan al met zon, wind of water. Maar al die opgewekte elektriciteit moet ook ergens in worden opgeslagen.

En als je batterij al aan bovenstaande voorwaarden voldoet, dan is er nog een zakelijke eis: ze moet in grote hoeveelheden gemaakt kunnen worden. Het liefst in een batterijenfabriek waar ze getest en aangepast kan worden en de gewenste vorm en maat kan krijgen.

Om te begrijpen hoe je aan al deze eisen voldoet, en een batterij ontwikkelt die in onze mobieltjes en elektrische auto’s belandt, ging ik op bezoek bij Dat is een Leids-Eindhovense start-up, waarvan de machines in het oude batterijenlaboratorium van Philips op de High Tech Campus in Eindhoven staan.

Een schonere batterij, gemaakt van zand

LeydenJar maakt batterijen - dat wil zeggen de helft ervan, de minpool - van silicium, van zand eigenlijk. Dat is geen gekke keuze: ingenieurs zijn afgelopen halve eeuw bijzonder bedreven geraakt in het machinaal bewerken van silicium tot de vorm die we willen hebben.

Nederlanders ook, Eindhovenaren vooral. Weleens gehoord van het bedrijf bijvoorbeeld? Dat is de grootste producent van apparaten waarmee computerchips van silicium worden geproduceerd.

Of ken je heel toevallig Solliance? Dat Belgisch-Duits-Nederlandse ontwikkelt in Eindhoven flexibele zonnepanelen van silicium. Een van de zonnefolies waarvoor de technologie hier mede werd ontwikkeld ligt bij wijze van proef op een vuilnisbelt in de gemeente Brummen

De batterijenstart-up LeydenJar Technologies is een dochter van Solliance, gevestigd in hetzelfde gebouw op de campus van de TU Eindhoven. Het bedrijf heeft hier een manier ontdekt om de anode van de batterij,

De ontdekking van LeydenJar heeft een ecologisch voordeel. Op dit moment wordt de minpool van lithium-ionbatterijen gemaakt van grafiet, en dat wordt meestal afgegraven in China, Terwijl je silaan, de grondstof voor het silicium in batterijen, kunt maken door magnesium, chloor en silicium in het lab bij elkaar te gooien. Dit zijn grondstoffen die

Silaan maken doen ze overigens niet zelf in Eindhoven,

Bij toeval uitgevonden

Silaan is een gas en stinkt verschrikkelijk. Uitvinder Wim Soppe ontdekte een jaar of tien geleden bij toeval hoe hij het gas als een soort sneeuw kon doen neerdwarrelen

Dat was volstrekt nutteloos voor de flexibele zonnepanelen waar hij mee bezig was, maar om in een batterij te kunnen fungeren en niet kapot te gaan, was het ideaal. Silicium in een batterij moet kunnen uitzetten en krimpen bij het laden en ontladen.

Zo werd uit een zonnepanelenbedrijf onverwachts een batterijenstart-up geboren

Soppe: ‘Drie jaar geleden las ik in een paper dat silicium theoretisch heel interessant is als materiaal, als je het probleem van het krimpen en uitzetten zou kunnen oplossen. Toen hebben we dat recept weer uit de kast gehaald.’

Een praktische bijkomstigheid was dat de machine in Eindhoven die het zogeheten amorfe silicium kan maken dat Soppe wilde testen in batterijen net uit de gratie aan het raken was in de zich razendsnel ontwikkelende zonnepanelenbusiness.

Een apparaat dat schoner en mogelijk veel efficiënter anode-materiaal kon produceren dan het huidige grafiet, stond feitelijk niets te doen. Zo werd uit een zonnepanelenbedrijf onverwachts een batterijenstart-up geboren.

De batterij verbeteren...

Christian Rood, de ondernemer die LeydenJar Technologies tot een succes moet maken, vertelt: ‘We belden met de anode-specialist van Tesla [wereldwijd dé voorloper op het gebied van lithium-ionbatterijen, TV]. Hij zei dat hij helemaal gek wordt van alle lab results, dat je een pouch cell moet kunnen maken die minstens honderd laadcycli meegaat. Dan willen ze meer horen.’

Rood en Soppe zijn niet de enigen die denken dat silicium de heilige graal is

Aan de bak dus. Maar een pouch cell heeft het formaat van een visitekaartje - het is eigenlijk een soort zachte smartphonebatterij. LeydenJar is nog niet zo ver, het heeft nu een gemaakt die 98 laadcycli meekan en wil voor het einde van het jaar de pouch cell gereed hebben.

Plus een manier om die zo te produceren die kan concurreren met de huidige manier van batterijen maken. En dat is een rat race: want Rood en Soppe zijn niet de enigen die denken dat silicium de heilige graal is.

Rood: ‘Aan dit uiteinde van de batterij is de grote winst te behalen, qua energiedichtheid. Silicium kan veel meer bevatten dan grafiet. Dan heb je het dus niet over batterijen die elk jaar 3 tot 5 procent beter worden, maar over een batterij die in één klap 50 procent beter is.

... en sneller produceren

Het grootste probleem om concurrerend te worden is vooralsnog: productiesnelheid.

Rood: ‘De huidige technologie is gebaseerd op hoe ze ooit cassettebandjes maakten: een koperfolie, met daarop een coating, dat wordt dan gebakken en gewalst - dat gaat razendsnel. Wij produceren vanuit het plasma in één keer. Maar dat gaat nu nog superlangzaam. We kunnen nu genoeg materiaal maken voor vier pouch cells per dag.’

En in tegenstelling tot zonnepanelen, die je in een paar seconden of minuten kunt testen, ben je zo vijftig dagen verder als je wilt weten of een batterij honderd laadcycli meegaat: je moet ze opladen en ontladen zoals je dat in het echte leven ook zou doen.

Maar verder zijn de resultaten hoopgevend, zegt Rood. De batterij van LeydenJar belooft lange tijd én veel cycli mee te gaan, betaalbaar te zijn, veilig, met de juiste kracht te laden en op het front van energiedichtheid de grote doorbraak te zijn. Voor wat betreft de betrouwbaarheid van de testresultaten: Leyden Jar werkt bij zijn batterijentests nauw samen met het Duitse technologieinstituut .

Verder voldoet de batterij volgens Rood aan die belangrijke zakelijke eis: industriële toepasbaarheid. ‘Onze machine kun je in feite naadloos in een Gigafabriek neerzetten, naast een klassieke machine, zodat je kunt kiezen: wat voor anode ga ik maken? En dat is nodig om het commercieel haalbaar te maken.’

De volgende stappen

Hoe gaat LeydenJar in die Gigafabriek of een andere batterijenfabriek terechtkomen?

Rood heeft het volgende plan: ‘Dit jaar moeten we honderd laadcycli halen met die pouch cell en vroege partners in de industrie te vinden die willen aanhaken. Als dat lukt, denken we dat investeerders geïnteresseerd zijn om in een volgende ronde mee te gaan.’

Meerdere autofabrikanten zouden nu al geïnteresseerd zijn - Rood mag niet on the record zeggen wie.

Als die volgende financieringsronde lukt, dan kan LeydenJar een fabriek bouwen, met een snellere machine, die commerciële productie mogelijk maakt. Dan volgen ook de uitgebreide veiligheidstests, die zo een jaar kunnen duren.

‘Dit jaar moeten we honderd laadcycli halen met die pouch cell en vroege partners in de industrie vinden die willen aanhaken’

De technologie zou in eerste instantie voor consumentenelektronica beschikbaar komen, zoals smartphones, waarbij je maar een paar honderd laadcycli nodig hebt en er beperkingen zijn in volume en gewicht. ‘Drones bijvoorbeeld.’

Intussen wordt de batterij doorontwikkeld - met meer laadcycli. Pas daarna zou de batterij beschikbaar komen voor voor gebruik in elektrische auto’s (die duizenden laadcycli mee moeten kunnen) en moeten fabrikanten de nieuwe technologie in hun auto-ontwikkeling meenemen.

Al met al duurt het dus jaren voordat iets dat nu veelbelovende labresultaten oplevert, in de werkelijke wereld terechtkomt. Als het al lukt.

Hoeveel kans maakt deze start-up?

Als we doen alsof elke batterijenstart-up evenveel kans maakt om het te redden, dan is de kans dat juist LeydenJar de heilige graal in handen heeft minimaal. Zeker als je de moordende concurrentie ziet.

Rood: ‘Er zijn grote bedrijven die veel meer geld hebben. Maar we hebben een aantal voordelen, denk ik. We zijn snel doordat we ervoor hebben gekozen om alleen de anode te maken, we zitten in een regio met veel expertise in dat silaan-plasmaproces en in de buurt van de Duitse autoindustrie, met weinig Europese concurrentie.’

Wat mij opvalt is dat LeydenJar een paar patronen volgt die wetenschapsfilosoof grote innovaties komen vaak uit naburige vakgebieden en worden niet zelden bij toeval ontdekt.

Als het lukt, zou het ook een geweldige volgende stap zijn in de bizarre en invloedrijke technologiegeschiedenis van Eindhoven. Ga maar na: het was Philips dat het cassettebandje en daarmee en passant de technologie die nu gebruikt wordt voor het maken van de huidige lithium-ionbatterij.

Op dezelfde manier zou een machine die oorspronkelijk bedoeld was voor zonnepanelen, ontwikkeld in Philips’ voormalige batterijenlab, en passant bruikbaar worden voor een technologie om de volgende generatie batterijen te maken.

Wil je mijn werk volgen of helpen? Schrijf je in voor mijn nieuwsbrief, dan hou ik je per mail op de hoogte van de stukken die ik schrijf en de vragen die ik heb. Abonneer je hier

Verder lezen

Batterijen schadelijk voor het milieu? Ze gaan het redden! Batterijen zijn schadelijk voor het milieu, vertelt de overheid ons al jaren. Het is een achterhaalde en verkeerde boodschap. Batterijen maken niet alleen schone auto’s mogelijk, ze vormen ook een herbruikbare grondstoffenbron die steeds planeetvriendelijker wordt. Lees mijn verhaal over recycling hier terug Hoe Tesla in Amerika aan een mijn bouwt waar auto’s uit komen Het Amerikaanse bedrijf Tesla wil zo veel mogelijk auto’s op elektriciteit laten rijden. Het gaat een ongekende hoeveelheid accu’s produceren, en wil alle grondstoffen daarvoor uit Noord-Amerika gaan halen. Dat gaat nóóit lukken met de technologie van nu. En precies daarom is dit plan zo goed. Lees mijn verhaal over waar de grondstofffen voor al die batterijen vandaan moeten gaan komen hier terug Zijn 100 gigafabrieken genoeg voor een wereld op groene energie? Ik rekende het na In de klimaatdocumentaire Before the Flood van Leonardo DiCaprio stelt Elon Musk dat er honderd Gigafabrieken van Tesla nodig zijn om alle batterijen te maken die de wereld nodig heeft om over te stappen op duurzame energie. Klopt dat? Ik ben gaan rekenen. Lees mijn verhaal over de honderd gigafabrieken hier terug