Batterijen

Bij een batterij wordt, tijdens het opladen, elektrische energie in de batterijcel chemisch opgeslagen. Wordt er energie aan de batterij onttrokken dan wordt deze chemische energie weer omgezet in elektrische energie, totdat alle energie verbruikt is. De batterij is dan leeg en moet opnieuw met elektrische energie worden opgeladen.

De lithiumbatterij

Zowel voor opslag in elektriciteitsnetwerken als in elektrische auto's worden hoofdzakelijk lithium batterijen gebruikt. In elektrische auto's worden vooral lithiumbatterijen gebruikt omdat deze een hoge capaciteit bij een relatief laag gewicht hebben. Lithium is vrijwel overal op aarde te vinden: in gesteente, klei en zout water. Ongeveer de helft van de potentiële lithiumreserves liggen in Zuid-Amerika. Daarnaast liggen er onder andere lithiumvoorraden in Amerika, Australië en Europa. De kosten van een lithiumbatterij zijn de laatste jaren aanzienlijk gedaald, was in 1992 de prijs 6035 dollar per kilowattuur, in 2016 was dat gedaald tot 330 dollar. De figuur geeft de daling van de kostprijs van een lithium-ion batterij vanaf 2013 en de verwachting tot 2035 [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland].

Verwacht wordt dat in 2030 de prijs is gedaald tot 77 dollar per kWh. Tegelijkertijd is de energiedichtheid van de batterij gestegen van 213 wattuur per liter in 1991 naar 721 in 2018. Sinds 2015 is het productievolume van batterijen sterkt toegenomen. Verwacht wordt dat het volume in 2030 is verdrievoudigd [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland], [Volkskrant].

Alternatieve batterijen voor lithium

Naast batterijen gebaseerd op lithium worden er ook natrium-zwavel batterijen gebruikt in opslagsystemen. Sommige grondstoffen van lithiumbatterijen zijn schaars en kostbaar. Een mogelijke vervanger van lithium is natrium. Natrium is op veel meer plaatsen te vinden dan lithium. Delftse onderzoekers hebben een kathode ontwikkeld die geschikt is om natrium te gebruiken in plaats van lithium. Dat is een voordeel omdat natrium goedkoper en minder milieubelastend is. Een ander voordeel is dat de levensduur mogelijk 20 tot 40% langer is. Een nadeel is dat de totale opslagcapaciteit wat lager is [Volkskrant].

Ontwikkelingen van batterijen in elektriciteitsnetwerken

In 2023 werden 24.400 nieuwe batterijsystemen in gebruik genomen. De totale opslagcapaciteit in batterijen kwam daarmee op 621 MWh. In Nederland hebben 39.000 huishoudens een batterij thuis met een opslagcapaciteit van 206 MWh (33%). De andere batterijen staan bijvoorbeeld bij winkels, kantoren 130 MWH (21%). Van de 610 MWh zijn er ongeveer 286 MWh (46%) aan grote batterijen, met een capaciteit groter dan 1 MWh, bedreven door energiebedrijven [Volkskrant], [DNEResearch].

Bij Lelystad heeft Gigastore twee batterijen staan. In 2018 werd de eerste, Rhino, in gebruik genomen met een vermogen van 12 MW en een capaciteit van 7,5 MWh. In 2021 volgde de tweede, Buffalo, met een vermogen van 25 MW en een capaciteit van 48 MWh. Verder heeft Giga Storage batterijen staan in Amsterdam (Giraffe en Lion elk 10 MW, 47 MWh). Giga Storage bouwt, op de plaats waar vroeger de aluminium smelter van Aldel stond, een grote batterij, Leopard, met een vermogen van 300 MW en een capaciteit van 1,2 GWh. In 2023 werd een, door de laadpalenfabrikant Alphen en het opslagbedrijf Semper Power gebouwde, batterij in Vlissingen in gebruik genomen met een vermogen van 30 MW en een capaciteit van 68 MWh. Semper Power heeft daarna nog een batterij in Vlissingen geplaatst (30 MW, 63 MWh) en een in Terneuzen (9,3 MW, 9,9 MWh). Er zijn plannen om voor nog eens 42 GW aan batterijen neer te zetten. Ter vergelijking, op een gemiddelde dag ligt de maximale elektriciteitsvraag in Nederland rond de 14 GW. ook elders in de wereld zijn grote batterijsystemen in aanbouw, bijvoorbeeld in New York een systeem van 56 MW en 123 MWh [Convergent], [Volkskrant].

Het bedrijf Battolyser Systems ontwikkelt een batterij, de Battolyser, die naast het opslaan van elektrische energie ook waterstof kan produceren. De Battolyser slaat elektrische energie op. Wanneer de batterij vol is, stopt hij met opladen en gaat in plaats daarvan waterstof produceren. Het principe is gebaseerd op de Edison batterij bestaande uit nikkel en ijzer. Een nadeel van deze batterij was dat tijdens het laden waterstof werd gevormd. Maar dit nadeel is nu een voordeel. Een ander nadeel is dat de batterij relatief zwaar is. Een voordeel is dat de gebruikte materialen nikkel en ijzer in overvloed aanwezig zijn en dat de batterij een hogere efficiëntie heeft van ongeveer 75%. In 2024 wordt de eerste commerciële batterij geleverd [Volkskrant].

Het Amerikaanse bedrijf Natron Energy is, met een eerste fabriek, de massaproductie gestart van zoutbatterijen. De zoutbatterij gebruikt niet het dure lithium maar zout (natrium), aluminium en ijzer als materialen. De voordelen van de batterij zijn: hij gaat langer mee en kan sneller worden opgeladen dan een lithium batterij. Een nadeel is dat de energiedichtheid van de batterij lager is dan van een lithium batterij. De batterij leent zich daardoor niet zozeer voor elektrische auto's maar vooral voor gebruik als batterij bij zonne- en windparken [Volkskrant].

Ontwikkelingen in batterijen voor auto's

Het Nederlandse bedrijf LeydenJar heeft een batterij ontwikkeld met als anode poreus silicium in plaats van grafiet. De batterij kan 50 tot 70% meer energie opslaan dan conventionele lithiumionbatterijen en er is minder energie nodig voor de productie ervan. De energiedichtheid is met 1350 Wh/liter hoger dan de 721 Wh/liter van een conventionele lithiumionbatterij. Elektrische auto's kunnen dan bijna twee keer zo ver rijden dan met een gewone accu of de batterij kan kleiner worden voor dezelfde afstand, waardoor het gewicht van de auto omlaag gaat. Leydenjar bouwt nu een fabriek voor dergelijke batterijen: Plant One. De productiecapaciteit zal 70 MWh per jaar bedragen. Het bedrijf gaat zich eerst richten op batterijen voor de consumentenelektronica. In een later stadium gaat ook geleverd worden aan de auto-industrie, daarvoor is een capaciteit nodig van 10 GWh per jaar [Volkskrant].

Onderzoekers van TU Delft hebben een techniek bedacht waarmee een batterij langer meegaat. Tussen het elektrolyt en de anode en kathode zit een beschermlaagje, dat de elektronen moet tegenhouden, maar de lithiumionen doorlaten. Door het laden en ontladen raakt het laagje beschadigd, daardoor daalt de batterijcapaciteit. De onderzoekers van TU Delft hebben zouten toegevoegd aan het elektrolyt. Die zorgen dat de vorming van het beschermlaagje beter verloopt, waardoor door batterij langer meegaat [Volkskrant].