© LionVolt/Karl McGoldrick
Nederlandse startup ziet 'doorbraak' in vastestofbatterij
De Eindhovense batterijbouwer LionVolt wil binnen een paar jaar zogenaamde vastestofbatterijen op de markt brengen. Volgens ceo Karl McGoldrick kan die techniek elektrische auto's en vliegtuigen beter en veiliger maken. Hij noemt de vastestofbatterij de 'heilige graal van batterijtechnologie'.
De huidige batterijtechnologie kent een aantal belangrijke beperkingen, vertelt LionVolt-ceo McGoldrick aan Bright. "Je kan bestaande batterijen vergelijken met een sandwich. Je hebt twee elektroden, de cathode en de anode, die met elkaar verbonden worden via een vloeibaar medium. Onder bepaalde omstandigheden, of als er defecten zijn, is die vloeistof brandbaar."
Hoewel dat niet zo heel vaak gebeurt, kan de schade in dat soort situaties groot zijn. Zo kwam een meisje van veertien in 2019 om het leven nadat haar smartphone naast haar bed vlam vatte. Ook bij elektrische auto’s kunnen defecte batterijen soms ontploffen. Maar dergelijke situaties zijn heel zeldzaam, zegt McGoldrick. "Het is niet iets dat zomaar gebeurt. Het probleem is dat er binnenkort heel veel meer elektrische auto’s de weg op gaan. Dus zal er vaker zo'n ontploffing plaatsvinden."
Bovendien laden de huidige lithium-ion accu's nog altijd relatief traag op en is de actieradius van elektrische auto’s ook voor verbetering vatbaar. Huidige accu’s zouden ook nog niet geschikt zijn om in vliegtuigen te gebruiken.
De heilige graal van batterijen
Om die problemen op te lossen zijn tal van accufabrikanten bezig met de ontwikkeling van vastestofbatterijen, waaronder LionVolt. "Het idee is om die brandbare vloeistof te vervangen met een vast medium dat niet brandbaar is. Dat moet de veiligheid van batterijen dramatisch verhogen. Het is echt de heilige graal van batterijtechnologie", aldus McGoldrick.
Maar consumenten willen niet alleen veilige batterijen. "Mensen willen geen actieradius van vierhonderd kilometer, ze willen er een van duizend kilometer. Ze willen ook geen uur wachten om een batterij op te laden. Bovendien moet dat allemaal betaalbaar worden. Dat zet een enorme druk op fabrikanten."
Dramatische verandering
Die druk om accu’s op elk vlak te verbeteren, is volgens McGoldrick de voornaamste reden dat vastestofbatterijen nog niet van de grond zijn gekomen. LionVolt wil het anders aanpakken dan de concurrentie. "Alle andere bedrijven proberen de bestaande architectuur te gebruiken. De oplossing ligt erin om een volledig nieuwe architectuur te ontwikkelen."
Hij verwijst naar de smartphone-industrie. "Toen Apple met de eerste smartphone zonder toetsenbord kwam, werd de hele industrie op zijn kop gezet. Of kijk naar elektrische auto’s. Iedereen dacht in het begin dat Elon Musk gek was, maar het begint snel de nieuwe standaard te worden. Ik geloof dat de batterij-industrie dezelfde dramatische verandering moet ondergaan."
Nano-wolkenkrabbers
Om die nieuwe architectuur te ontwerpen, maakt McGoldrick een andere vergelijking. "Beeld je een grote stad in, zoals New York. In het verre verleden was de bevolkingsdichtheid daar klein, omdat alle huizen maar een of twee verdiepingen hoog waren. Om dat te verhogen, bouwden ze wolkenkrabbers. Hoewel de oppervlakte hetzelfde bleef, steeg de bevolkingsdichtheid dramatisch. Wij willen hetzelfde doen met batterijen."
De batterijen van LionVolt zullen gebruik maken van miljarden ‘nano-wolkenkrabbers’: kleine paaltjes die het functionele oppervlakte van de batterijen enorm hard moeten vergroten. Daarbij zullen zo’n miljard van die paaltjes per vierkante centimeter kunnen worden geplaatst, wat ervoor moet zorgen dat laden en ontladen veel sneller gaat. "Dat lost de bestaande problemen op. Onze nieuwe architectuur brengt veel voordelen met zich mee: dunnere lagen, lichtere batterijen, een hogere dichtheid en sneller laden. Het is een gigantische doorbraak voor de batterij-industrie."
Goedkoper en milieuvriendelijker
De technologie moet ook goedkoper worden dan huidige batterijen. "Een van de grootste voordelen van onze technologie is dat we dunnere lagen gebruiken omdat we de oppervlakte zo hard vergroten. Daardoor kunnen we aan zogenaamde roll-to-roll productie doen. Normaal gesproken verloopt dat proces stap voor stap op zware en dikke platen." Roll-to-roll productie is een proces waarbij toepassingen, in dit geval die miljarden paaltjes, op een flexibel materiaal worden aangebracht terwijl dat continu van de ene rol op de andere wordt gevoerd. McGoldrick zegt dat op die manier makkelijk kan worden opgeschaald.
Bovendien zou dat productieproces milieuvriendelijker moeten worden dan bij huidige batterijen. "De bestaande architectuur vereist het gebruik van zware metalen als kobalt en nikkel. Onze productieprocessen zullen gebruikmaken van veiligere materialen, zoals zwavel. Dat maakt het niet alleen goedkoper, maar ook beter voor het milieu, zonder de prestatie te beïnvloeden."
Volgens McGoldrick moet de technologie uiteindelijk leiden tot een 'revolutie' in de batterij-industrie. Daar is het bedrijf echter nog niet klaar voor. "Het is niet makkelijk, en dat is goed. Anders zou iedereen het doen."
Elektrische vliegtuigen
LionVolt gaat stap voor stap te werk. De komende jaren hoopt het bedrijf de eerste vroege productielijnen op te starten. De eerste batterijen die zullen worden geproduceerd, zijn bedoeld voor kleinere producten, zoals gezondheids- en fitnessgadgets.
Daarna zal het bedrijf opschalen, waarbij het vooral wil inzetten op de auto-industrie. Uiteindelijk wil het bedrijf zelfs batterijen ontwikkelen voor elektrische vliegtuigen. "Het is de enige oplossing om de luchtvaartindustrie te elektrificeren." Batterijen zijn voorlopig nog te zwaar en inefficiënt om vliegtuigen op een betrouwbare manier van stroom te voorzien, zegt McGoldrick.
Met de technologie wil LionVolt ervoor zorgen dat Europa een koploper wordt. "Hoewel we nu in Europa een inhaalslag proberen te maken op andere grootmachten op productievlak, vind ik dat we nog niet genoeg doen vanuit een innovatie-perspectief. Dit is een buitenkans voor Europa om een koploper te worden."