Lignode maakt met hout zoutbatterijen nog duurzamer
30.12.2024 Gijs de Koning

Het Zweedse Altris en Finse Stora Enso werken samen aan de integratie van lignine in zoutbatterijen om deze nog duurzamer te maken. Deze nieuwe batterij wordt de Lignode genoemd. In de Lignode batterij wordt lignine aan de anode kant van de batterij gebruikt om grafiet te vervangen.
In de anode kant van een batterij bevindt zich een materiaal dat elektronen kan afgeven doormiddel van oxidatie. Elektronen worden in een batterij aan deze kan dus opgeslagen. Grafiet is een veel voorkomend materiaal als anode. Aan de andere kant van de batterij bevindt zich de kathode. Deze dient om de elektronen te ontvangen. Een kathode wordt vaak gemaakt uit lithium of nikkel.
De samenwerking tussen zoutbatterijproducent Altris en papier en verpakkingsproducent Stora Enso is veelbelovend. Stora Enso is een van de grootste eigenaren van private boslanden ter wereld, en beschikt daarom over veel hout wat normaliter wordt gebruikt voor de productie van papier en verpakkingsmaterialen. Bij dit verwerkingsproces komt ontstaat lignine als bijproduct.
Altris bracht al eerder een gepatenteerd materiaal genaamd ‘Prussian White’ op de markt voor de kathode kant van een batterij. Prussian White is een kathodemateriaal met een capaciteit van 160 milliampère-uur per gram, de hoogste capaciteit die tot nu toe is opgegeven. Het materiaal is duurzaam, gemaakt van overvloedige grondstoffen, en vrij van giftige elementen en conflictmineralen zoals nikkel en kobalt.
Lignode is een gepatenteerd materiaal van Stora Enso. In bomen komt een materiaal voor dat lignine heet. In een interview aan de BBC legt Lauri Lehtonen, hoofd van Stora Enso’s Lignode, uit dat: "Lignine de lijm in bomen is die de cellulosevezels samenbindt en de bomen ook heel stijf maakt." Door deze lignine te verfijnen kan Lignode worden geproduceerd.
Lignine, ook wel houtstof genoemd, is een organische carbon en is na cellulose het meest voorkomende organische materiaal op aarde. Bij het maken van papier, zoals in de processen van Stora Enso, wordt de houtpulp juist ontdaan van Lignine. Van de resterende Lignine wordt vaak lijm voor linoleum, of als bindmiddel voor karton gebruikt.
Voordelen Lignode
In een lithium-ionbatterij worden de positieve lithium-ionen opgeslagen in grafiet aan de anode kant van de batterij. Grafiet heeft als eigenschap dat door de gelaagdheid van de carbonstructuren het goed de lithium-ionen kan opslaan. Het nadeel aan grafiet is dat het lastig te recyclen is en daardoor minder duurzaam. Ook de natrium-ionen van een zoutwaterbatterij kunnen, en worden vaak opgeslagen in grafiet. Europa is grotendeels afhankelijk van China als het aankomt op de import van grafiet.
Lignode heeft eenzelfde gelaagde structuur als grafiet waardoor de geladen ionen zich kunnen nestelen. Het voordeel van Lignode is daarbij dat het niet uit China hoeft te komen en dat het al uit een biologische bron wordt gewonnen. Stora Enso stelt dat: “Het doel is om een Europese toeleveringsketen voor de lithium-ionbatterij-industrie te creëren die wereldwijd kan bijdragen aan een betere toekomst.”
Om van lignine Lignode te maken wordt het product nog wel verwerkt. Eerst wordt het Lignine verfijnd tot een koolstofpoeder. Vervolgens worden hier vellen van gemaakt die kunnen worden opgerold in een batterij.
Daarnaast is volgens onderzoek Lignine uitstekend geschikt voor de opslag van met name de natrium ionen van een zoutbatterij. De koolstofstructuur van Lignine is meer poreus dan grafiet. Dit betekent dat de gaten waarin de geladen ionen zich nestelen iets groter zijn in Lignine dan in grafiet. De energiedragende natrium ionen in een zoutwaterbatterij zijn ook iets groter dan de lithium ionen in een lithium-ionbatterij. Hierdoor kan lignine efficiënter de ionen opslaan.
In hetzelfde onderzoek zijn ook experimenten gedaan die aantonen dat met lignine goede capaciteiten van 181 tot 339 milliampère-uur per gram kunnen worden behaald, afhankelijk van ligninebron en bewerking. In vergelijking, bij grafiet is dit vaak minder dan 100 milliampère-uur per gram.
Uitdagingen productie Lignode
Ondanks de grote voordelen die kleven aan het gebruik van lignine in batterijen, zijn er ook nog een hoop uitdagingen. Zo is lignine van zichzelf een beperkte elektrische geleider. Dit wordt verholpen door de verfijning van de lignine bij het maken van Lignode, maar het moet nog blijken of dit op een rendabele manier, op grote schaal kan worden gedaan.
Daarnaast is een belangrijk nadeel van lignine het feit dat het minder stabiel is dan grafiet. Dit betekent dat bij meerdere laad- en ontlaadcycli, de capaciteit van de batterij sneller achteruit gaat. Afhankelijk van de carbonstructuren die ontwikkeld worden kan dit probleem worden verholpen maar het nadeel hiervan is dat deze verfijning meer energie kan kosten in het productieproces.
Onderzoekers Linköping University hebben daarentegen een batterij met een combinatie tussen zink en lignine ontwikkeld. Deze batterij heeft wel een zeer lange levensduur en is ondanks zijn lagere energiedichtheid ook een veelbelovende toepassing van Lignine in batterijen.
Of de Lignode batterij een succes gaat worden moet nog blijken. De techniek om de een zeer duurzame zoutwaterbatterij te produceren is in ieder geval beschikbaar. Voor de komende jaren zal de productie van de zoutwaterbatterij moeten gaan starten om uit te wijzen hoe rendabel en duurzaam de nieuwe techniek daadwerkelijk gaat worden.