Meer groene energie opslaan met verbeterde flowbatterijen?
Groene energie opwekken, dat lukt ons al aardig. Denk maar aan de vele windmolens of zonnepanelen. De niet constante energieproductie is echter een nadeel. Bij veel wind of zonneschijn, zien we pieken in de productie, maar die volgen ons verbruik niet. De opgewekte energie bewaren voor wanneer we die nodig hebben is dus essentieel.
Jonas Hereijgers is professor in de industriële wetenschappen met specialisatie chemie aan UAntwerpen. In zijn RECHARGE-onderzoeksproject, waarvoor hij een prestigieuze ERC-beurs ontving, legt hij zich toe op het verbeteren van flowbatterijen. Die worden onder meer ingezet om efficiënt groene energie op te slaan.
Klassieke batterij versus flowbatterij
“Elektriciteit kun je niet zomaar opslaan”, steekt Hereijgers van wal. “Daarvoor zijn bepaalde processen nodig, zoals chemische reacties. Die vinden bijvoorbeeld plaats in batterijen.” Hereijgers legt uit hoe een klassieke batterij werkt: “Binnenin zitten twee plaatjes in een vloeistof. Aan het oppervlak van die plaatjes gebeurt een chemische reactie: één plaatje geeft elektrisch geladen deeltjes af en het ander neemt die op. Zo krijg je elektriciteit.” Hoe meer vloeistof in de batterij, hoe meer elektriciteit je erin kunt opslaan. “Wil je extra opslag? Dan moet automatisch de hele batterij vergroot worden, zodat er meer vloeistof in past. Dat is duur.”
Flowbatterijen lossen dat probleem op: “Daarbij zit de vloeistof niet binnenin de batterijbehuizing, maar in externe vaten. Vandaaruit wordt ze naar de batterij en weer terug gepompt. Dit design maakt het mogelijk om enkel de vaten en niet de hele batterij te vergroten, wat een stuk goedkoper is.” Flowbatterijen zijn bijzonder interessant voor de opslag van groene energie, zegt Hereijgers. “Het grote nadeel aan zonne- en windenergie is dat de productie niet constant is. Bij felle zon of veel wind is er een overschot, en ’s nachts of op windstille dagen een tekort. Het is dus een uitdaging om vraag en aanbod in balans te houden. Het teveel aan energie opslaan en later weer vrijgeven is een oplossing. Daarvoor zijn flowbatterijen ideaal.”
Oplaadsnelheid maximaliseren
Hereijgers wil flowbatterijen nog beter maken. Hij onderzoekt hoe ze sneller kunnen opladen. “Dat is cruciaal, want als een batterij te traag volloopt, is het niet erg nuttig dat ze groot is.” Hij werkt aan twee verbeteringen: “Ten eerste zijn er de plaatjes binnenin de batterij. Hoe groter hun oppervlak, hoe meer geladen deeltjes er tegelijk kunnen worden opgenomen en afgegeven, en hoe sneller de batterij dus oplaadt en ontlaadt. Men verkiest daarom plaatjes met een sponsachtige structuur – die hebben een veel groter oppervlak. Alleen zijn de structuren die nu gebruikt worden ongeordend. Daardoor stroomt de vloeistof er niet gelijkmatig door en wordt niet elke zone van de plaatjes optimaal benut.” Hereijgers’ oplossing? Met een 3D-printer zelf plaatjes maken, mét geordende structuur!
Daarnaast wil hij ook aanpassen hoe de vloeistof precies door een flowbatterij wordt gepompt. “Nu is de vloeistofstroom typisch constant. Maar wanneer je die stroom laat pulseren, krijg je turbulentie en bewegen de geladen deeltjes erin veel sneller. Op die manier kun je de batterij op kortere tijd opladen en ontladen. Vergelijk het met een suikerklontje in je thee: dat lost vanzelf op, maar traag. Als je roert, gaat het veel sneller.”
Met deze twee vernieuwingen wil Hereijgers flowbatterijen sneller maken. “Elk van de optimalisaties apart is al een grote stap voorwaarts. Maar de twee gecombineerd, dat is écht vernieuwend!”