Lithium-ion batterijen

Lithium-ion batterijen

De Nobelprijs voor de Chemie is dit jaar uitgereikt voor het uitvinden van de lithium-ion batterij. Wat is deze batterij en waarom is deze zo significant? Op 9 oktober besliste het Nobelprijscomité om de prijs voor Chemie uit te reiken aan het drietal John B. Goodenough van de University of Texas in Austin, M. Stanley Whittingham van de Binghamton University en Akira Yoshino van de Meijo University. Zij werkten gedurende de jaren ’70 en ’80 aan de ontwikkeling van de lithium-ion batterij en slaagden erin om – voortbouwend op elkaars werk – dit van een louter theoretisch concept naar een werkende toepassing te brengen. Maar wat is nu datgene wat de lithium-ion batterij zo bijzonder maakt? Wel, het antwoord is relatief kort: hij is overal. Smartphones, laptops, gereedschap, elektrische wagen… zelfs tot in de Mars Curiosity Rover. Lithium-ion batterijen zijn alomtegenwoordig. Hoe werkt zo’n batterij nu? Een batterij bestaat steeds uit twee delen: een anode (het positief geladen gedeelte) en een kathode (het negatief geladen gedeelte). Als de batterij wordt gebruikt, bewegen er geladen lithiumdeeltjes van de anode naar de kathode en ontstaat er een stroom  door de verbinding. Dit gaat zolang door totdat alle lithiumdeeltjes zich aan de kathode bevinden. Bij een niet-herlaadbare batterij zou dit nu het einde zijn. Een lithium-ion batterij is echter oplaadbaar dus als deze aangesloten wordt aan een stopcontact, bewegen de lithiumdeeltjes weer de andere richting uit en kan hij nog eens gebruikt worden. De verdienste van het laureatenteam was dat zij erin geslaagd zijn om het lithiumion (wat zeer reactief is en wel eens zou kunnen leiden tot explosies) stabiel te omvatten....
Waterstof: van hype naar hoop

Waterstof: van hype naar hoop

Waterstof is al vaker verkocht als één van de meest beloftevolle technologieën in de transitie naar een duurzame economie. Toch blijft een grote doorbraak uit. Is een grootschalige introductie van waterstof in onze economie realistisch? Wat zijn de voordelen en nadelen van waterstof? Een korte introductie. Ten eerste is het belangrijk om te weten dat waterstof een energiedrager is en dus geen energiebron (zoals bv. steenkool). Er is waterstof in overvloed op de wereld, het komt echter steeds voor in combinatie met andere elementen zoals bijvoorbeeld in water. Daarom moet het via een speciaal proces afgesplitst worden. Naargelang welk proces hiervoor gebruikt wordt, onderscheidt de World Energy Council (WEC) 3 verschillende soorten: groene, blauwe en grijze waterstof. Groene waterstof wordt geproduceerd door een proces genaamd elektrolyse: hierbij wordt water gesplitst in waterstof en zuurstof, door gebruik te maken van hernieuwbaar geproduceerde elektriciteit. Het ontleent zijn naam aan het feit dat er geen koolstof uitstoot is. Blauwe en grijze waterstof worden via hetzelfde proces geproduceerd door het hervormen (‘reforming’) van stoom, maar deze stoom wordt opgewekt met fossiele brandstoffen (bv. gas of olie). Dit process stoot daarom ook CO2 uit, bij grijze waterstof wordt deze losgelaten in de atmosfeer en bij blauwe waterstof wordt 80% tot 90% van de CO2 gecapteerd en opgeslagen. Na productie kan waterstof als brandstof gebruikt worden, in een verbrandingsmotor of om elektriciteit te maken. Een belangrijk aspect van waterstof is dat er bij gebruik, ongeacht de productiemethode, geen koolstofuitstoot vrijkomt. Waterstof kent verschillende interessante toepassingen. Ten eerste kan het gebruikt worden als opslag voor elektriciteit. Batterijen zijn momenteel namelijk enkel geschikt voor korte termijn opslag,...
Hoe fast chargers elektrische bussen mogelijk maken

Hoe fast chargers elektrische bussen mogelijk maken

Ze zijn u misschien al opgevallen, de nieuwe palen die aan de bushalte van Heverlee campus uit de grond rijzen. Hoewel ze letterlijk in de schaduw staan van de imposante autogarage van Imec en KU Leuven, zijn deze constructies minstens even interessant. Het gaat namelijk om fast chargers, snelle laadpalen voor elektrische en hybride bussen, die een klassieke verbrandingsmotor (met diesel of benzine) combineren met een elektrische motor en batterij. Een belangrijk struikelblok voor elektrisch rijden is de laadtijd. Hier heeft elektrisch aangedreven openbaar vervoer minder last van dan elektrische privé voertuigen. Aangezien een bus regelmatig stilstaat, hetzij aan een halte tijdens het in- en uitstappen, hetzij aan een terminus tussen twee ritten, ontstaan er automatisch gelegenheden om de batterijen op te laden. In deze sector heet dit opportunity charging. Volgens dit principe laadt een bus altijd kleine beetjes op om zo het volgende laadpunt met zekerheid te kunnen bereiken en dit zonder extra tijdverlies of dus vermindering van oplaadefficiëntie. De fast chargers bieden hiervoor een vermogen tot 600kW. Ter vergelijking: een tank van 30 liter diesel vullen op twee minuten komt overeen met een thermisch vermogen van ongeveer 9MW. Ondanks de veel grotere efficiëntie van elektrische motoren ten opzichte van verbrandingsmotoren, moet een bus dus wel wat langer of vaker aan de laadpaal hangen dan een gemiddelde tankbeurt. De fast chargers in Heverlee maken deel uit van ambitieuze plannen die De Lijn heeft in Leuven en de rest van Vlaanderen. Leuven heeft reeds de meest groene busvloot van Vlaanderen, met een percentage hybride bussen groter dan 60 percent. Vanaf dit najaar krijgt Leuven ook de eerste volledig elektrische...
Energie in de prijzen

Energie in de prijzen

Op 9 oktober werd de Nobelprijs voor chemie uitgereikt aan John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham en Akira Yoshino voor de ontwikkeling van de lithium-ion batterij. Naast een beloning voor hun werk in de chemie is dit een erkenning voor het belang van efficiënte energievoorziening. De Nobelprijzen waren echter niet de enige uitreikingen in oktober; verschillende prijzen rond energie werden uitgedeeld aan uiteenlopende ideeën en innovaties.   Tal van prijzen De Nobelprijzen worden toegekend voor prestaties in onder andere de wetenschappelijke domeinen chemie, fysica en geneeskunde. Energie is niet expliciet aanwezig in de lijst, maar door het interdisciplinair karakter kan ze impliciet vervat zitten in één van de laureaten, zoals dit jaar het geval is. Dit betekent zeker niet dat er geen erkenning voor prestaties in energie-innovatie bestaan: deze maand alleen al werden enkele belangrijke prijzen uitgereikt. Op 10 oktober vond namelijk de ENI-award ceremonie plaats, de zogenaamde ‘Nobelprijzen voor de energie’. Die geven internationaal aandacht aan innovatie en research in de energiesector. De drie belangrijkste categorieën zijn onderzoek naar de vermindering van schadelijke uitstoot (Energy transition award), hernieuwbare bronnen en energieopslag (Renewable energy award) en bescherming van de natuur en leefsystemen (Advanced environmental solutions award). Een week ervoor, op 3 oktober, werd de Global energy prize uitgereikt. Het is een internationale prijs gericht op research en technologische ontwikkelingen die knelpunten in de energiesector moeten oplossen.   Herlaadbare energie De Nobelprijs voor chemie ging, zoals vermeld, naar de lithiumbatterij. Eenvoudige herlaadbaarheid en een relatief lange levensduur zorgen dat deze een ideale keuze voor veel toepassingen is. Het eerste leidt tot een efficiënt gebruik in elektrische wagens en bij opslag...
Nieuwe batterijen worden gemaakt van… CO2?!

Nieuwe batterijen worden gemaakt van… CO2?!

Hoe koolstofdioxide kan gaan van staatsvijand tot nuttig product We stoten te veel CO2 uit, dat weet iedereen. Twee doorbraken in de batterijwereld zorgen er nu voor dat het gas kan gebruikt worden om batterijen mee te maken. Die zouden meer energie kunnen opslaan én onze uitstoot kunnen verlagen. CO2 is de grote vijand van iedereen die aan het klimaat denkt. Zelfs de sceptici van harde klimaatregelingen begrijpen dat onze productie van dergelijke broeikasgassen moet dalen. Waarom vangen we onze uitstoot dan niet gewoon op en steken het daarna terug ondergronds? Die techniek, genaamd Carbon Capture & Sequestration, wordt al toegepast maar is zeer duur. Bijkomstig is deze techniek ook zeer energie intensief: bij een elektriciteitsproducerende gascentrale zou namelijk tot 30% van de geproduceerde elektriciteit gebruikt moeten worden om de CO2 te scheiden uit de uitlaatgassen.  Toch kunnen twee recente doorbraken deze techniek binnenkort rendabel maken.   Van gas tot batterij Onderzoekers aan het MIT bedachten een manier om de CO2-productie van een elektriciteitscentrale om te zetten in een bruikbare grondstof. Ze lossen het gas op in een waterige oplossing met daarin een amine (i.e. een organische stof met een stikstofatoom in de keten). Op die manier kunnen ze een efficiënte elektrolyt maken, 1 van de 3 hoofdbestanddelen van batterijen. Samen met een koolstofanode en een kathode gemaakt van lithium, heeft deze batterij het potentieel om tot 7 keer meer energie op te slaan dan een even grote lithium-ion batterij die je nu overal tegenkomt. Stel je voor: een smartphone die een volledige week meegaat, in plaats van één dag. Terzelfdetijd wordt diezelfde batterij gemaakt van koolstofdioxide die onze...