Stukje in het FD van gisteren maar het artikel stond donderdag al online dus misschien is het al geplaatst:
Massaproductie superbatterij duurt nog even
Door individuele deskundigen samen te brengen, kunnen de batterijen van LeydenJar Technologies straks tot vijftig procent meer energie opslaan dan de accu’s van nu.
Batterijen zijn wat hun ontwikkeling betreft de zwakste schakel van onze elektronica. Hoewel ze stukje bij beetje beter en efficiënter worden, valt de snelheid waarmee dat gaat in het niet bij de ontwikkeling van energieslurpende componenten als smartphoneschermen en motoren voor elektrische auto's. Het Leids-Eindhovense LeydenJar Technologies denkt de oplossing gevonden te hebben: een lithium-ionbatterij met een anode (de minpool, een van de plekken waar energie wordt opgeslagen) die gemaakt is van silicium. 'Voor de anode wordt nu meestal grafiet gebruikt. Maar silicium kan veel meer energie opslaan', vertelt mede-oprichter Christian Rood. 'Onze batterijen kunnen straks tot 50 procent meer energie bewaren dan de accu's die we nu gebruiken.'
Waren eerdere batterijbeloftes vaak nergens op gestoeld, met silicium is het anders. Dat het hoofdbestanddeel van zand batterijen in potentie veel efficiënter kan maken is al langer bekend. In 2010 slaagden ingenieurs van de prestigieuze Stanford-universiteit erin een silicium-anode te maken die twee keer zoveel energie kon opslaan als een evenknie van grafiet. En recent onderzoek van de universiteit van Oost-Finland laat zien dat de energiedichtheid van batterijen met silicium-anodes in theorie zelfs vier keer zo hoog ligt als die van huidige accu's. Maar, nadeel: silicium zet uit en krimpt weer in tijdens het op- en ontladen van een batterij. 'Een vaste laag silicium zou al na twee of drie keer opladen breken', weet Rood. 'Veel bedrijven die met silicium experimenteren voegen dus andere stoffen zoals bindmiddel of koolstof toe om de anode bij elkaar te houden. En dat gaat dan weer ten koste van het gehalte aan silicium en dus de energiedichtheid.'
Uitdaging 1
Experts uit verschillende disciplines bij elkaar brengen en samen laten werken aan een oplossing
Uitdaging 2
Concurrerend worden met huidige technologie door middel van schaalvergroting
De oplossing van het in januari 2016 opgerichte LeydenJar: een poreuze structuur die het silicium ruimte geeft om te bewegen. Die structuur ontstaat tijdens productie van de anode. Waar huidige anodes gemaakt worden door grafietpoeder en chemicaliën te mengen, op een koperlaag te gieten en af te bakken, kiest LeydenJar ervoor gas te gebruiken. Door silaan, waterstofgas en argon samen te brengen in een vacuümkamer en dat tot een plasma te brengen, ontstaat er sneeuw van siliciumdeeltjes die neerdwarrelt op het flinterdunne koperlaagje van de anode. Het silicium bindt zich met het koper en maakt het poreus.
Zo'n silicium-sneeuwbui werd tien jaar geleden voor het eerst opgewekt door uitvinder dr. Wim Soppe, die bij zijn Eindhovense werkgever Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) nieuwe manieren zocht om flexibele zonnepanelen te maken. Soppe ontwikkelde een speciaal apparaat, de plasma-enhanced chemical vapor deposition machine (pecvd-machine). Voor flexibele zonnepanelen bleek zijn laag silicium te poreus. Maar toen de uitvinder in 2014 een paper las waarin de belofte en problemen van en met silicium-anodes uiteen gezet werden, haalde hij zijn recept weer uit de kast.
Met steun van ECN breidde hij zijn onderzoek uit. Eind 2015 sloten bedrijfskundige Rood en zijn compagnon Gabriel de Scheemaker zich aan om het onderzoek van Soppe om te vormen tot een spin-out. LeydenJar – vernoemd naar de gelijknamige, in 1746 uitgevonden voorloper van de batterij – ging van start met een vroegefaselening van 350.000 euro van het ministerie van Economische Zaken. Het doel: voor het eind van 2017 een pouch cell (een type batterij met een behuizing van flexibel folie) ontwikkelen die 100 keer op- en ontladen kan worden.
Half oktober lukte dat voor het eerst. De grootste uitdaging was volgens Rood het samenbrengen van deskundigen uit totaal verschillende werkvelden, de nanotechnologie en de elektrochemie, en proberen hun werelden op elkaar aan te laten sluiten. 'We hebben dat opgelost door die individuele deskundigen zoveel mogelijk als een team te behandelen. Niet iedereen op zijn eigen eilandje houden, maar laten samenwerken. Het zijn mensen die van nature nieuwsgierig zijn. Zet je die bij elkaar, dan krijgen ze ook vanzelf interesse in het werkveld van de ander.'
Nu is het voor LeydenJar tijd om door te pakken. Want willen silicium-anodes the next big thing worden, dan moeten zowel de anode als het productieproces beter. Het prototype dat nu 100 keer opgeladen kan worden, moet straks 500 laadcycli meekunnen. En ook de productiesnelheid van de pecvd-machine moet omhoog. 'Bij optimale benutting levert hij een kwart vierkante meter materiaal per uur. We willen kijken of dat met aanpassingen aan de machine met een factor honderd omhoog kan. Als dat niet lukt, dan is er nog geen man overboord, maar dan wordt het materiaal wel duurder.'
LeydenJar is momenteel in gesprek met drie grote partijen, al kan Rood niet openbaar maken welke dat zijn. Bang voor concurrentie is hij niet. Andere bedrijven die silicium-anodes proberen te maken, met het door Alphabet-topman Eric Schmidt gesteunde Amerikaanse Amprius voorop, staan te trappelen om de markt te veroveren. 'De concurrentie wil veelal zelf batterijen verkopen en concurreert dus direct met de huidige grote batterijfabrikanten. Wij kiezen voor samenwerking: we maken alleen anodes en verkopen die aan iedereen die ze in batterijen wil gebruiken. In de toekomst willen we mogelijk ook machines gaan verkopen waarmee die bedrijven zelf onze anodes kunnen maken.'
Rood verwacht dat massaproductie van de LeydenJar-anodes nog minstens vier jaar op zich laat wachten. De vernieuwde batterijen komen dan eerst terug in consumentenelektronica. Accu's voor elektrische auto's moeten namelijk nog veel vaker opgeladen kunnen worden. 'Met het prototype dat we komend jaar ontwikkelen kunnen we de helft van alle huidige Lithium-ionbatterijen vervangen. Het is in potentie een enorme markt.'