Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Nanotechnologie verandert baksteen in batterij

Bakstenen kunnen elektrische spanning vasthouden met behulp van nanovezels. Daarmee worden onze huizen gigantische batterijen.

Shutterstock

Amerikaanse onderzoekers van Washington University in St. Louis hebben een baksteen gemaakt die precies op een gewone rode baksteen lijkt, maar ook als batterij kan fungeren.

De poriën van de baksteen zijn gevuld met nanovezels van een bepaalde kunststofpolymeer, die elektrische spanning kan vasthouden.

Als onze gebouwen kunnen worden omgezet in grote batterijen, is daarmee een van de grote problemen van de overstap op groene energie verholpen: de opslag van die energie. Stel je voor dat zonnecellen op je dak elektriciteit opwekken die de bakstenen van je huis vasthouden tot je stroom nodig hebt.

Baksteen creëert spanning als een ballon

Technisch gezien is de futuristische baksteen geen batterij, maar een supercondensator.

Een condensator bestaat uit twee stroomgeleidende platen die zijn gescheiden door een laag van een ander materiaal, waar de spanning niet doorheen kan bewegen. Als je een condensator oplaadt, werkt dat hetzelfde als wanneer je een ballon tegen je trui wrijft. Zo geef je ze een negatieve respectievelijk positieve lading, waardoor ze elkaar aantrekken.

Op dezelfde manier ontstaat er een negatieve lading in de ene plaat van de condensator en een positieve in de andere, wat een elektrisch veld genereert dat de tussenlaag polariseert. Het spanningsverschil blijft in de laag tot de energie vrijkomt als elektriciteit in een extern circuit.

Enorm oppervlak verandert baksteen in supercondensator

De capaciteit van een condensator stijgt naarmate de platen groter worden of de afstand ertussen kleiner wordt.

De platen zijn daarom bedekt met poreuze nanomaterialen, wat ze een veel groter oppervlak geeft. Verder zijn de platen niet gescheiden door een dikke laag, maar gedoopt in een elektrolytische vloeistof en gescheiden door een dunne kunststoffilm.

Zo wordt dezelfde structuur bereikt als in een gewone condensator, maar met een groter oppervlak en minder afstand tussen de platen.

Een supercondensator gemaakt van baksteen laat een ledlamp branden. De poriën van de baksteen zijn gevuld met nanovezels van een stroomgeleidende kunststof.

© D’Arcy Research Laboratory

De nieuwe elektrische baksteen werkt als de platen in een supercondensator. Eerst wordt de baksteen ‘gestoomd’ met de stroomgeleidende kunststofpolymeer PEDOT, die bedekt is met nanovezels. Dan wordt hij in tweeën gedeeld en in een elektrolytische gel gedoopt. Door de twee stukken weer te verenigen, ontstaat er een supercondensator.

Tot dusver zijn de bakstenen echter weinig efficiënt. Het eerste prototype heeft een energiedichtheid van slechts 1 procent van een gewone lithiumionbatterij. Juist die energiedichtheid is de achilleshiel van de supercondensatortechnologie – de dichtheid in batterijen ligt vaak 10 tot 50 keer zo hoog.

Wel zijn supercondensators licht en extreem snel oplaadbaar, en je kunt ze bijna oneindig vaak blijven opladen en gebruiken.

Volgens de onderzoekers kan de energiedichtheid met enkele aanpassingen tien keer zo hoog worden. Als ze daarin slagen, kan de supercondensator een gangbaar alternatief voor batterijen worden.

ACHTERGROND: De overstap op groen hangt af van batterijen

  • Waarom zijn batterijen belangrijk?

    Om het klimaat te kunnen redden, zullen we voor onze energie grotendeels moeten overstappen op duurzame bronnen: stroom uit aardwarmte, water, wind en zon. Duurzame energiebronnen kunnen we alleen niet zomaar aan- en uitzetten, zoals we gewend zijn met fossiele brandstoffen. Zonnecellen wekken stroom op wanneer de zon schijnt, windturbines als de wind waait, enzovoort. Daarom moeten we elektriciteit uit overproductie kunnen opslaan voor de windstille grijze dagen. Daarnaast moeten we de stroom kunnen vervoeren, zodat deze kan worden gebruikt als je niet in de buurt van het elektriciteitsnet bent.

  • Wat is de grootste uitdaging?

    De prijs. Als batterijen stroom aan het net, woningen en auto’s moeten gaan leveren, dan moeten ze zo goedkoop zijn dat ze kunnen concurreren met andere vormen van energieopslag. Het Amerikaanse ministerie van Energie denkt dat elektrische auto’s concurrerend kunnen worden als ze 1 KwH voor $125 kunnen leveren. Dat ligt nu rond de $156 per KwH. De makkelijkste manier om de prijs te verlagen is de energiedichtheid – de hoeveelheid elektriciteit die één batterij kan opslaan – te vergroten.

  • Welke batterijen hebben het grootste potentieel?

    De lithiumionbatterij heeft de grootste energiedichtheid en is dan ook veruit het meest populaire batterijtype. De energiedichtheid in een lithiumionbatterij hangt af van de materialen waarvan de elektroden zijn gebouwd, en daarom wordt er hard gewerkt aan de ontwikkeling van nieuwe typen elektroden van nieuwe materialen. Anoden worden nu nog vaak van koper en grafiet gemaakt, maar als we ze van lithium maken, kan dat een tien keer zo grote energiedichtheid opleveren. Lithiumanoden hebben wel de neiging om uit te zetten, waardoor de batterijen kortsluiting kunnen geven of zelfs exploderen. Een nieuwe, veelbelovende werkwijze is de anode te stabiliseren met nanotechnologie, maar dat is nog geen goedkope oplossing voor massaproductie. Innovatie in batterijtechnologie is vaak een balansoefening, want elke verbetering jaagt de kosten op. Maar gelukkig gaat het de goede kant op.

  • Hoe ziet de toekomst voor batterijen eruit?

    De prijs van lithiumionbatterijen is sinds 2010 gedaald met 90%, en in de VS zijn er nu naar schatting drie keer zo veel batterijwetenschappers als tien jaar geleden. De vraag naar duurzame energie en batterijen vliegt omhoog, en de innovatie versnelt. Volgens schattingen kan de prijs per KwH al in 2030 zijn gezakt tot $62 . Zo kan de batterij alle concurrentie verslaan.

Lees ook:

Zonnecellen

Nu levert de zon de goedkoopste stroom ooit

3 minuten
Batterijen

Batterij met hergebruikt kernafval blijft meer dan 1000 jaar goed

6 minuten
Batterijen

Met nieuwe batterij laden je computer en telefoon razendsnel op

3 minuten

Log in

Ongeldig e-mailadres
Wachtwoord vereist
Toon Verberg

Al abonnee? Heb je al een abonnement op ons tijdschrift? Klik hier

Nieuwe gebruiker? Krijg nu toegang!

Reset wachtwoord

Geef je mailadres op, dan krijg je een e-mail met aanwijzingen voor het resetten van je wachtwoord.
Ongeldig e-mailadres

Voer je wachtwoord in

We hebben een mail met een wachtwoord gestuurd naar

Nieuw wachtwoord

Enter a password with at least 6 characters.

Wachtwoord vereist
Toon Verberg