Alle technologie is in de loop der jaren verbeterd, behalve die van de batterijen! Waarom kan niemand eens een betere batterij uitvinden?’ Kreeg ik elke keer dat ik iemand dit hoorde zeggen 5 cent, wel, dan had ik nu zo’n 17,50 euro.
Batterijen kunnen grotere doelen dienen dan smartphones van energie te voorzien
Eigenlijk mist de doorsnee gadgetliefhebber drie belangrijke eigenschappen van batterijen. Eerste punt: de batterijen waaraan je waarschijnlijk het eerst denkt, zijn die in onze smartphone of laptop. Terecht: die batterijen worden in vele miljoenen exemplaren geproduceerd. Alleen zien vele wetenschappers batterijen in de eerste plaats als instrumenten om veel grotere problemen aan te pakken. Denk maar aan energievoorziening, transport en klimaatverandering.
Vandaag vertegenwoordigen elektrische wagens niet meer dan 1 procent van alle nieuw verkochte auto’s in Amerika. Ze zijn duurder dan wagens die op klassieke brandstoffen rijden, en je kan er maar zoveel kilometer meer rijden voordat je accu leeg is. Het risico ver van huis zonder energie te vallen schrikt consumenten af. Vandaag ontwikkelen onderzoekers een goedkopere en krachtiger batterij om deze problemen op te lossen.
Dan is er nog het elektriciteitsnet. Elektriciteit is niet als water, dat in de leiding zit te wachten tot we de kraan opendraaien. Als we een lamp aansteken, dan moet de elektriciteit stante pede en in realtime worden gegenereerd. Resultaat daarvan is dat elektriciteitsmaatschappijen elke dag te maken hebben met gigantische schommelingen in de vraag naar stroom. ‘s Nachts, wanneer iedereen slaapt, is er bijna geen behoefte aan. Om vijf uur ’s namiddags, als iedereen van het werk thuiskomt, zijn er enorme pieken. Daarom bouwen en onderhouden de energieleveranciers dure, inefficiënte en sporadisch gebruikte piekcentrales die een reserve aanleggen voor momenten waarop de vraag bijzonder groot is. Zoals tijdens een hittegolf.
Een exploderende smartphone kan je dag grondig verpesten. Samsung kan daarvan getuigen
Door batterijen aan het net te koppelen, willen wetenschappers die absurde schommelingen gladstrijken. Misschien nog belangrijker is dat die gekoppelde batterijen zonne-energie zouden opslaan als de zon schijnt, en windenergie als er voldoende wind is. Die energie gebruiken we dan pas wanneer we ze echt nodig hebben. Tot nog toe zijn we er niet in geslaagd zon en wind de tijdschema’s van onze levensstijl te laten respecteren.
Dat batterijen grotere doelen kunnen dienen dan smartphones van energie te voorzien, was een eerste punt dat consumenten dreigen te overzien. Een tweede punt gaat over de prioriteiten die we aan batterijen toekennen. We klagen vooral over de capaciteit van onze batterijen, over de te korte tijd waarin we onze gadgets tussen twee oplaadbeurten kunnen gebruiken. Eigenlijk is die capaciteit of de dichtheid van energie slechts één item op een groter verlanglijstje.
We willen namelijk ook dat batterijen goedkoop zijn, dat ze het milieu niet schaden en dat we ze lang kunnen gebruiken. We willen ze immers duizenden keren kunnen heropladen. Batterijen moeten ook compact en licht zijn, vooral voor gebruik in elektrische auto’s. En uiteraard moeten ze ook nog eens veilig zijn. Een exploderende smartphone kan je dag grondig verpesten. Samsung kan daarvan getuigen.
Batterijen zijn echt wel beter geworden. Alleen merken we dat niet, omdat de apparaten waarin we ze gebruiken tegelijkertijd meer energie verslinden
In het algemeen kan je al die eigenschappen niet in één enkele batterij verenigen. Bovendien hebben we die eigenschappen niet altijd nodig. Batterijen opgenomen in een netwerk hoeven niet draagbaar of compact te zijn. Dat zet de deur open voor de komst van flow-batterijen. Daarin vloeien chemische stoffen in grote tanks in een reactiekamer langs elkaar heen. Een andere ontwikkeling is de zogenaamde vliegwielbatterij. Daarin roteren zware schijven van staal opgehangen aan een magneet duizenden keren per minuut in een frictievrije kamer. Dat gebeurt ‘s nachts, als de energie om dat roteren vol te houden goedkoop is. Ingenieurs kunnen de kinetische energie dan overdag gebruiken.
Een derde belangrijk punt: de voorbije decennia zijn batterijen echt wel beter geworden. Alleen merken we dat niet, omdat de apparaten waarin we ze gebruiken tegelijkertijd sneller en krachtiger zijn geworden en zo meer energie verslinden. Je zou eens een moderne iPhone-batterij in een mobieltje uit 1995 moeten stoppen. De kans is groot dat je oude toestel het een heel jaar uitzingt op een enkele lading.
Er zijn nog andere belangrijke ontwikkelingen op komst. Wanneer we vandaag onze batterij laden of ontladen, zwemmen ionen door snel ontvlambare vloeibare elektrolyten. Materiaalwetenschapper Mike Zimmerman slaagde erin dat elektrolyt te vervangen door een speciaal stuk plastic film. Voordeel één: de batterij kan niet meer in brand schieten of ontploffen. En omdat ze niet kan worden opgeblazen, kan Zimmerman terug het metaal lithium gebruiken in plaats van de lithium-ionchemie. Het metaal biedt een veel hogere energiedensiteit, maar wordt als te gevaarlijk beschouwd om in hedendaagse vloeibaar-elektrolytbatterijen te worden gebruikt. Voordeel twee: een langere levensduur.
Als je nog over je batterijen wil klagen, doe je dat beter nu. Binnen afzienbare tijd krijgen ze een veel betere reputatie.
