Batterijen uit goedkoop keukenzout: een doorbraak?
In de smartphone, in laptops en in elektrische auto’s: de lithiumbatterij is niet meer weg te denken. Er is echter een kaper op de kust. Natriumbatterijen beloven een revolutie in de energieopslag.
Wat zijn natriumbatterijen?
Natriumbatterijen zijn een type oplaadbare batterij waarin natriumionen in plaats van lithiumionen worden gebruikt om stroom op te slaan en vrij te geven. Ze werken ongeveer hetzelfde als een lithiumionbatterij.
Wat is de doorbraak?
De heilige graal in batterijenland gaat over energiedichtheid. Dat betekent hoeveel energie je kunt opslaan in een kilogram batterij. Hoe efficiënter een accu is, hoe beter. Voor elektrische auto’s betekent dat namelijk een grotere actieradius. En een lichte smartphone met goede accuduur op zak vindt iedereen fijn.
Juist op het punt van energiedichtheid bleef de natriumtechniek achter. Goedkopere lithiumbatterijen scoren zo’n 205 wattuur per kilogram. De natriumvariant bleef steken op 160 wattuur per kilogram.
De grootste autobatterijfabrikant ter wereld –het Chinese CATL– start dit jaar nog met de productie van een tweede generatie natriumbatterij. De precieze energiedichtheid is nog niet bekend, maar CATL mikt op 200 wattuur per kilogram.
Dat is een „gamechanger”, reageerde expert elektrisch rijden Martin Salomon op LinkedIn. Hij schreef: „Natriumionen kunnen binnenkort alles gaan aandrijven, van elektrische voertuigen tot netstroom.”
Wat zijn de voordelen van natriumbatterijen?
Die zijn legio. Natrium is allereerst bijna overal te vinden. Het is namelijk het op zeven na meest voorkomende chemische element op aarde. Zo zit het in grote hoeveelheden in zeewater.
Daarnaast is natrium spotgoedkoop. Denk aan hoe weinig keukenzout –natriumchloride– kost. Lithium is moeilijker en dus duurder om te winnen.
Daar komt bij dat natriumbatterijen minder gevoelig zijn voor oververhitting en daardoor veiliger zijn. Ook functioneren ze beter in koude omstandigheden, wat een voordeel is voor de toepassing in elektrische auto’s in koelere klimaten.
En hoe zit het met de gevolgen voor het milieu?
De winning van grondstoffen voor huidige batterijen is erg vervuilend. Die kritiek klinkt regelmatig en is terecht. Lithiumwinning verontreinigt de bodem en het water. De winning van de metalen nikkel en vooral kobalt is nog problematischer, onder meer vanwege de arbeidsomstandigheden. De twee metalen zaten tot een paar jaar geleden in vrijwel alle, maar nu in nog maar de helft van de lithiumbatterijen.
Als het gaat om natriumbatterijen: die scoren op milieugebied stukken beter. De lijst met voordelen gaat dus verder. Natriumwinning gebeurt al op grote schaal –voor bijvoorbeeld keukenzout– en dat gaat bijna zonder milieuschade.
Dat klinkt alsof deze techniek te mooi is om waar te zijn?
De belofte van natriumbatterijen komt niet uit de lucht vallen. Al jaren zijn de verwachtingen hoog en vindt er veel onderzoek plaats. Het probleem was vooral de energiedichtheid.
Maar het is niet allemaal rozengeur en maneschijn. Uit recent onderzoek bleek dat bepaalde soorten natriumbatterijen als ze bijna leeg zijn minder efficiënt presteren dan lithiumvarianten.
Bovendien blijven de productiekosten een uitdaging als een techniek nog in de kinderschoenen staat. Zo ging eerder deze maand het Zweedse Northvolt failliet. De fabrikant richtte zich specifiek op de ontwikkeling van natriumbatterijen.
Wat opschaling van de nieuwe batterijsoort bemoeilijkt, zijn de snel kelderende prijzen voor lithiumaccu’s. Concurrentie komt vooral van de goedkopere variant van deze batterijen, de LFP-versie (lithium-ijzer-fosfaat). Daarin zit dus geen nikkel en kobalt. Goedkope LFP-batterijen maken de introductie van nieuwe innovaties lastig.
Een doorbraak op de korte termijn is dan ook „uitdagend” voor natriumbatterijen, bleek in januari uit een studie in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Energy.
De onderzoekers onderzochten 6000 scenario’s. In twee op de vijf scenario’s halen natriumbatterijen voor 2030 al een vergelijkbare of goedkopere prijs in vergelijking met LFP-accu’s. Volgens de auteurs is de grootste kans om competitiever te worden het verhogen van de energiedichtheid.
Laat dat nu precies zijn wat het Chinese CATL doet. En dat schept verwachtingen. Want als CATL wat aankondigt, is dat serieus. Het bedrijf heeft ongeveer 40 procent van de autobatterijmarkt in handen.
Wat merken we in Nederland van de doorbraak?
Voorlopig nog niet zo veel. Het opschalen van productie is tijdrovend en kostbaar. CATL wil in 2027 de natriumbatterijen in massaproductie hebben.
Batterijen in Nederland zullen met de nieuwe ontwikkelingen nog goedkoper worden. Dat is onder meer goed nieuws voor de prijs van elektrische auto’s.
Ook voor het overbelaste stroomnet gaat dit type goedkope batterijen winst opleveren. Het wordt voor netbeheerders en marktpartijen voordeliger om goedkoop wind- en zonnestroom op te slaan en netcongestie tegen te gaan. Met goedkopere thuisbatterijen kunnen straks meer consumenten zomers 24 uur per dag profiteren van duurzame elektriciteit.
Natriumbatterijen zijn dan ook een belangrijke stap in de energietransitie, stelde Marnix Wagemaker, onderzoeker van de TU Delft. Hij ontwikkelde vorig jaar een natriumbatterij die 30 tot 40 procent langer meegaat dan lithiumbatterijen. Wagemaker destijds tegen de NOS: „In Europa hebben we problemen om toegang te krijgen tot kobalt en lithium. Daarom is het heel belangrijk om batterijen te ontwikkelen van grondstoffen waar we makkelijk aan kunnen komen.”
De ontwikkelingen rond natriumbatterijen gaan snel. Wat valt er nog meer te verwachten?
Consumenten komen er steeds vaker mee in aanraking. Techniekplatform The Verge schreef vorige week over een nieuwe powerbank van het Japanse Elecom. Het snellaadapparaat –voor bijvoorbeeld telefoons– kan maar liefst 5000 laadcycli’s aan, is veiliger en opereert nog tot 30 graden onder nul.
In China rolden vorig jaar de eerste elektrische auto’s van de band met een natriumaccu.
Het Chinese BYD –concurrent van CATL en bekend van de auto’s– kwam vorig jaar november met een grote natriumionbatterij: van 2,3 MWh. Zo’n accu kan dus zo veel stroom opslaan als een klein Nederlands huishouden in een jaar verbruikt. Dergelijke batterijen zijn vooral bedoeld voor de balans op stroomnetten.
Al met al lijkt de natriumbatterij er klaar voor om de markt te veroveren.
