Zondag 25/07/2021

AchtergrondEconomie

Hoe deze tragisch mislukte zonnecelmachine de hele accu-industrie op z’n kop kan zetten

Ceo en mede-oprichter van Leyden-Jar Christian Rood. Beeld ©raymond rutting photography
Ceo en mede-oprichter van Leyden-Jar Christian Rood.Beeld ©raymond rutting photography

Silicium, het materiaal waaruit zonnepanelen worden opgetrokken, kan heel veel energie opslaan. Maar tot voor kort was het niet geschikt voor gebruik in de accu’s van e-auto’s of smartphones. Tot een 15 jaar oude zonnecelmachine werd afgestoft.

Een mislukking, zo kun je de meterslange machine in de loods bij vliegveld Eindhoven gerust noemen. Jarenlang stond ie te verstoffen, hij was al bijna vergeten. Tot Christian Rood er bij toeval tegenaan liep. Rood wist meteen: deze machine kan de wereld veranderen.

Het apparaat was een jaar of vijftien geleden ontwikkeld voor de productie van flexibele zonnecellen. Hij kan silicium (de belangrijkste component van zonnecellen) op een flexibele drager dampen. Het concept werkte, maar al snel kwam een onoverkomelijke tekortkoming aan het licht: het lukte toenmalig onderzoekscentrum ECN niet de dichtheid van het silicium te verhogen. Daardoor bleef de elektriciteitsopbrengst van de cellen klein. Te klein voor commerciële toepassing. Het apparaat raakte in de vergetelheid.

De machine die iets weg heeft van een drukpers, mag matig geschikt zijn voor de fabricage van zonnecellen, ze bleek een oplossing voor de accu-industrie, die constant probeert de energiedichtheid van haar producten te vergroten. Een van de knelpunten daarbij is de anode, een van beide polen van de accu. De anode wordt nu gemaakt van grafiet. Maar grafiet kan per volumedeel slechts een beperkte hoeveelheid energiedragers opslaan. Daarom zoeken accu-ontwikkelaars naar betere materialen.

Silicum

Al lang is bekend dat silicium (het spul uit zonnepanelen) heel geschikt is, omdat het per oppervlakte veel meer lithium-ionen (de energiedragers) kan bergen. Maar silicium heeft een belangrijk nadeel: het zwelt op zodra er ionen in worden geduwd, een beetje wat er gebeurt als popcornmais wordt verhit. Na een paar keer laden en ontladen, beschadigt het materiaal en verliest de accu aan kracht. Daar heb je dus weinig aan in je e-auto of smartphone.

Precies hier kier komt de uitgerangeerde zonnecelmachine in beeld. Want die bakt silicium in poreuze laagjes. Hierdoor ontstaat ruimte om te zwellen, zonder dat het silicium verkruimelt. Precies waar onderzoekers naar op zoek waren, want nu kan de anode in theorie veel langer mee.

Doordat silicium zelfs in poreuze toestand veel meer energie kan bergen dan grafiet, maakt de li-ionaccu een capaciteitssprong. Een flinke: ‘Onze batterijen kunnen per liter tot 70 procent meer opslaan’, zegt Rood. ‘Denk je eens in wat je daarmee kunt doen: een smartphone die twee keer langer mee gaat, of een e-auto die dubbel zo ver reikt.’ Of even ver komt en veel minder weegt.

Zo blijkt een waardeloze zonnecelmachine van vijftien jaar oud misschien wel het startpunt van betere accu’s.

Waardeloze cellen

Rood, oorspronkelijk bankier, was verzeild geraakt in de wereld van de cleantech en was daar in contact gekomen met ECN. Daar liep hij op een goede dag tegen de zonnecelinstallatie aan en zag mogelijkheden voor accutechnologie. ‘Er kwamen waardeloze zonnecellen uit, maar heel goeie anodes’, vat hij het samen. Samen met Gabriel de Scheemaker richtte hij Leyden-Jar op, als verwijzing naar de allereerste Leidse ‘accu’ uit 1745.

Aan de ene kant van de installatie gaat vanaf een grote rol koperfolie de machine in, waarna met behulp van heet plasmagas het silicium er wordt opgedampt. Aan het andere uiteinde komt de folie uit de machine, inclusief opgedampt silicium; de anode.

In de proefopstelling in Eindhoven worden nu kleine series zogenoemde pouch cellen gemaakt, platte accu’s, die vervolgens naar het eigen lab in Leiden gaan voor materiaaltests. De eerste resultaten zijn veelbelovend: de accucellen hebben een capaciteit van 1.350 wattuur per liter. Accu’s op basis van grafiet komen volgens Rood tot ongeveer de helft.

De technologie werkt, zegt Rood. ‘Ze is bewezen.’ De grootste uitdaging is nu het vergroten van het aantal laadcycli. Momenteel kunnen de accu’s tweehonderd keer opgeladen en ontladen worden voor ze hun bruikbaarheid verliezen. Genoeg voor sommige militaire en medische toepassingen, waar een hoge energiedichtheid nodig is en levensduur wat minder belangrijk is. Maar voor de auto-industrie zijn ze nog niet goed genoeg. Daarvoor zijn 800 cycli nodig, zegt Rood. Voor consumentenelektronica volstaan 500. Dat is dus de volgende stap. Rood zegt al in gesprek te zijn met een aantal grote elektronicaproducenten, maar kan nog niet zeggen wie.

Ook de snelheid van het productieproces moet omhoog. In een eerste financieringsronde heeft Rood geld opgehaald om een machine van de tweede generatie te ontwikkelen, die sinds een klein jaar naast de zonnecelinstallatie staat. De nieuwe heeft 24 in plaats van vijf plasmabronnen, waardoor er sneller laagjes silicium opgedampt kunnen worden. Diens opvolger, die nu in de planning staat, moet er nog meer krijgen.

Treintjes

Daarnaast moeten ‘treintjes’ worden gemaakt; een stuk of tien machines achter elkaar, waarna een lange rol koperfolie telkens door een volgende installatie wordt geleid. Hoewel het proces langzamer is dan de bestaande accutechnologie, kan door het koppelen van machines de productiecapaciteit genoeg omhoog om rendabel te draaien, verwacht Rood.

Leyden-Jar wil ‘een soort mini-ASML’ worden voor de accu-industrie, zegt Rood. ‘Wij zijn net als hen bezig met hogere dichtheid. We maken de accu’s niet zelf, maar leveren machines om te produceren. En we zitten in Eindhoven.’ Dat laatste is belangrijker dan het misschien lijkt, zegt Rood. ‘Er is hier ongelooflijk veel kennis op het gebied van dunnefilmtech.’

Om verder te kunnen groeien, is Leyden-Jar bezig met een nieuwe financieringsronde, die 15 miljoen euro moet opleveren om de derde generatie te kunnen ontwikkelen. Zodra die werkt, zegt Rood, kunnen we met partners in de automobielindustrie op weg naar een gigafactory. Met tien machines achter elkaar denkt hij een capaciteit van 0,3 gigawattuur per jaar te halen.

Er worden nu volop accufabrieken in Europa gebouwd. Worden die straks overbodig met de technologie van Leyden-Jar? ‘Nee’, zegt Rood. ‘Onze anoderollen passen naadloos in bestaande processen.’ Ze helpen misschien juist wel het leven van bestaande accutech te rekken. ‘De energiedichtheid is groter dan wat solid state technologie belooft. Dus het bestaande kan blijven.’

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234