The Battery Competence Cluster-NL (BCC-NL) heeft als missie om het Nederlandse batterij-ecosysteem te versterken door batterijcompetenties en -kennis te ontwikkelen die van strategisch belang zijn voor de energietransitie. Om dat te doen zijn vier pijlers opgericht, en voor dit artikel sprak Solar365 met André Schilt, themaleider duurzame batterijmaterialen en productieprocessen van de BCC-NL over hoe deze worden geoptimaliseerd, verduurzaamd en opgeschaald.

In het eerste deel van de serie vertelde Dirk van Asseldonk over batterijsystemen voor een duurzame energievoorziening en over hoe de BCC-NL 296 miljoen euro van het nationaal groeifonds krijgt toegewezen om samen met bedrijven een programma van in totaal 750 miljoen euro te verwezenlijken.

In dit deel worden de productieprocessen van batterijen van het ontstaan van een idee tot aan het grootschalig fabriceren van batterijen uitgelegd door Schilt, die naast themaleider ook projectleider is bij TNO-Holst voor het ontwikkelen van de nieuwe generatie batterijcellen.

BBC-NL is opgericht omdat de Nederlandse overheid overtuigd is van het belang van batterijsystemen voor de energietransitie, en daarin ook een verdienmodel richting de toekomst ziet. De Nationale Actieagenda Batterijsystemen laat dan ook zien dat er grote kansen voor Nederlandse bedrijven zijn weggelegd rondom het creëren van een nationale maakindustrie voor batterijsystemen

Schilt richt zich op het versneld introduceren van nieuwe Nederlandse productietechnologieën en  batterijmaterialen in de gigawatt uur batterijproductielijnen. “Er zijn in Nederland veel bedrijven die werken aan batterijmateriaalontwikkeling. Die bedrijven bouwen stap voor stap machines voor steeds grotere productievolumes om uiteindelijk op een rendabele wijze de batterijproducerende industrie te kunnen voorzien in hun behoefte aan deze nieuwe materialen”, legt Schilt uit.

“Het produceren van materialen in voldoende volume is één ding, maar er moet eerst bewezen worden dat deze materialen geïntegreerd in batterijcellen ook echt werken”, vertelt Schilt. En juist daar kan de BCC-NL een belangrijke rol spelen.

Momenteel zijn ze bezig met het oprichten van een testlocatie waar verschillende partijen hun materialen in batterijcellen kunnen integreren en series van enkele honderden tot duizenden kunnen produceren. Dit maakt testen in batterijpakketten voor mobiele heavy duty applicaties mogelijk als opstap naar de internationale markt. Alle informatie over productie, opschaalbaarheid, kosten en testgegevens wordt weer gebruikt om de batterijcelfabrikant te overtuigen van het potentieel van de nieuwe technologie.

Nieuwe batterijtechnologie
BCC-NL kijkt om te beginnen naar de ontwikkeling van batterijtechnologie voor mobiele heavy duty applicaties, wat nauw aansluit op de behoefte van de Nederlandse maakindustrie. In de huidige batterijen  wordt de energiedichtheid bevorderend, zodat ook zware voertuigen verder kunnen rijden. Daarnaast kijkt BBC-NL naar mogelijkheden voor hogere laadsnelheid, betere veiligheid en kostenreductie en voor het gebruik van minder schaarse grondstoffen.

Een batterij bestaat uit een negatieve en positieve elektrode, met daarin respectievelijk de anode en de kathode met daartussen een elektrolyt. Voor de volgende generatie lithium-ion batterijen moet er een vervanging worden gezocht voor de kobalt en nikkel die nu nog in de kathode worden verwerkt. Deze grondstoffen worden onder slechte arbeidsomstandigheden gewonnen en de import creëert internationale afhankelijkheid.

De huidige kobaltvrije oplossing is de LFP  (lithium, ijzer, fosfaat) batterij, maar deze hebben hun beperkingen als het gaat om de energiedichtheid. Voor alternatieve kobalt- en nikkelvrije oplossingen, gaat het vooral om het verhogen van de stabiliteit van de materialen en daarmee de levensduur van de batterij.

Naast de vervanging van kobalt en nikkel in de kathode zal ook het grafiet in de anode worden vervangen door een duurzamer alternatief. Silicium is hiervoor een goede kandidaat want dit maakt een hogere energiedichtheid en laadsnelheid mogelijk. “Bovendien hebben we in Nederland een hele sterke positie op het gebied van silicium anodes wat ons minder afhankelijk maakt van China”, aldus Schilt.

Natrium-ion
Samen met de universiteiten wordt ook een onderzoeksprogramma opgezet naar de volgende generatie batterijen, gebaseerd op natrium-ion. Hiermee wordt geanticipeerd op toekomstige lithiumtekorten. Natrium is veel breder beschikbaar dan lithium, maar de technologie staat nog in de kinderschoenen. Binnen de BCC-NL willen ze deze batterijtechnologie op de langere termijn ook naar de industrie brengen, maar daar is nog fundamenteel onderzoek voor nodig.

Kostenreductie
Om de kosten van de productie van een volgende batterijgeneratie te drukken wordt er onderzoek gedaan naar nieuwe productietechnieken, bijvoorbeeld door minder oplosmiddelen te gebruiken om elektrodes te maken. “Dit proces kost tot 40 procent van de productiekosten, als je daar iets vanaf kan halen dan brengt dat gelijk de totale kosten omlaag”, aldus Schilt.

“De schaal waarop batterijen worden geproduceerd heeft een enorme vlucht genomen, waardoor introductie van nieuwe technologie steeds kostbaarder en moeizamer wordt. Dit terwijl deze innovatie zo hard nodig is om de energietransitie mogelijk te maken.” Schilt hoopt dat de testlocatie die wordt opgezet met steun vanuit het groeifonds, uiteindelijk door meerdere nationale en internationale partijen zal worden gebruikt als opstapje om veelbelovende productie- en batterijtechnologieën versneld naar de markt te brengen.