reportage

Ssst... hier boosten Belgen uw batterij

Een van de laagjes van de lithium-ionbatterijen in de maak. ©Wouter Van Vooren

Als de batterij van uw smartphone of uw elektrische auto straks nog performanter is, kunt u daar Belgen voor bedanken. Aan de voet van de Italiaanse Alpen sleutelt Solvay hard aan meer opslagcapaciteit. tekst pieter haeck l beeld wouter van vooren

Een man in een witte jas strijkt zorgvuldig een zwarte smurrie uit over een vliesje. Luttele seconden later is voor het blote oog alleen nog een flinterdun laagje zichtbaar. Het verhuist naar een oven in een hoek van de cleane ruimte, waar het op negentig graden langzaam droog en hard wordt gebakken.

We zijn in een laboratorium in Bollate, een voorstad van Milaan in Noord-Italië. 380 werknemers van de Belgische chemie- en materialengroep Solvay doen hier onderzoek naar speciale polymeren, hoogwaardige kunststofmaterialen die in auto’s, vliegtuigen en batterijen zitten. Wat in de oven ligt, is een van de eerste laagjes van een lithium-ionbatterij, al meer dan dertig jaar de dominante batterijtechnologie en de drijvende kracht achter uw smartphone.

In de batterijwereld is het de uitdaging om steeds meer energiecapaciteit in een steeds kleiner volume te krijgen
Francesco Triulzi
Onderzoeksmanager vloeistoffen

Met de snelle opmars van energie-intensieve elektrische auto’s is het wereldwijd alle hens aan dek om de kwaliteit van de lithium-ionbatterij gevoelig op te schroeven. Volgens prognoses van de Duitse investeringsbank Berenberg zullen er in 2026 liefst 20 miljoen e-auto’s op de baan zijn. Hoelang we ermee kunnen rijden zonder ze onderweg op te laden hangt voor een groot deel af van de batterij in de auto. Ook de ambitieuze plannen voor elektrische vliegtuigen zijn afhankelijk van de batterijkracht. Het Britse Easyjet acht e-toestellen binnen tien jaar al mogelijk.

Chemische interactie

‘Om dat te realiseren moet je uitgaan van less is more’, zegt Francesco Triulzi, onderzoeksmanager voor vloeistoffen. ‘In de batterijwereld is het de uitdaging om steeds meer energiecapaciteit in een steeds kleiner volume te krijgen. Niemand wil een joekel van een smartphone in zijn broekzak of met een logge e-auto rijden. Solvay sleutelt daarom aan elk bestanddeel van de batterij.’

65 %
Aandeel China
Tegen 2021 neemt China 65 procent van de wereldwijde batterijcapaciteit voor zijn rekening.

Dat een chemiespeler een cruciale bijdrage levert aan auto- en smartphonebatterijen, is niet zo vreemd. ‘Een batterij is een waar chemisch fabriekje’, zegt Triulzi. ‘We moeten snappen hoe de materialen van de batterij chemisch interageren. Alleen dan kunnen we de prestaties van de batterij opkrikken.’ Voor alle duidelijkheid, in Bollate rolt geen enkele batterij van de band die ooit op de markt komt. Ook het zwarte vliesje in de oven - de kathode - wordt enkel gemaakt om een beter beeld te krijgen van het samenspel in de batterij.

Alessandro Ghielmi, het hoofd van het laboratorium waar de zwarte laagjes in de oven gaan, heeft een goed zicht op dat samenspel. Met Italiaanse zwier loodst hij ons langs ovens, droogboxen en testruimtes. ‘Wel achter de gele lijn blijven, alstublieft.’ Hij zoomt in op hoe de kathode is samengesteld. ‘Het witte poedertje van polymeren is een soort lijm voor de anode en de kathode. In een batterij kan je geen echte lijm gebruiken, omdat die niet resistent is tegen hoge elektrische spanning.’ Ook in het scheidingsvliesje, dat nog het meest weg heeft van een lange flinterdunne reep stof, zitten die polymeren. Behalve polymeren levert Solvay ook additieven en lithiumzouten, die de batterijcel voorzien van extra eigenschappen, zoals stabiliteit.

De laagjes van de batterij. ©Wouter Van Vooren

Batterijcel

Solvay is vooral actief in het begin van de batterijketen en speelt zo automatisch in een groter geheel. Zijn materialen zijn een deel van de uiteindelijke batterijcellen, die in rijen aaneengeschakeld worden tot een batterijpakket. Dat is dan terug te vinden in onze smartphones en elektrische auto’s. Om zich te kunnen inleven in de hele batterijketen bouwde Solvay in Ghielmi’s lab de hele lijn na die naar een batterijcel leidt.

Ghielmi toont ons een droogbox. ‘De batterijlaagjes verdragen geen water, dus moeten we ze afsluiten in een compleet droge omgeving.’ De volgende fase is de testruimte, een kluwen van draden en elektrische poorten. Daar ondergaat de batterij, intussen netjes ‘verpakt’ in een grijs omhulseltje, allerlei tests. Leveren bepaalde materialen betere prestaties dan andere, dan wordt dat hier duidelijk.

Aziatische dominantie

Solvay bouwde niet alleen productielijnen van klanten na, het creëerde ook een wereldwijd netwerk om de vinger aan de pols te houden. Zo is er batterijonderzoek in Brussel, de Verenigde Staten en Zuid-Korea. Solvays batterijlab in Seoel is de grote broer van dat in Bollate. Dat heeft alles te maken met de Aziatische dominantie in lithium-ionbatterijen. ‘Door de snel veranderende batterijwereld is frequent contact met de klant cruciaal. Veel van onze klanten zijn in China en Zuid-Korea actief, dus is Seoel ons grootste testlab’, zegt Nicolas Cudrée-Mauroux, onderzoek- en innovatiemanager op groepsniveau bij Solvay.

Voor ons is de vastestofbatterij de heilige graal.
Francesco Triulzi
Onderzoeksmanager vloeistoffen

China is koploper in de batterijcellenproductie. Volgens New Energy Finance, de onderzoekstak van het financiële persagentschap Bloomberg, neemt China in 2021 65 procent van de wereldwijde capaciteit voor zijn rekening. Europa blijft ondanks recente aankondigingen op 5 procent steken. De Europese Commissie riep dit najaar een reeks Europese bedrijven naar Brussel voor topoverleg over de achterstand in de batterijrace. Solvay en Umicore zaten mee aan tafel, net als het chemiebedrijf BASF en afnemers van batterijen zoals Volkswagen.

Krachten bundelen

Het is zinvol om al die spelers te verenigen. Verscheidene doorbraken kunnen gevolgen hebben voor de hele batterijketen. Door voor de anode silicon in plaats van carbon te gebruiken kan je de energiedichtheid van de batterij een flinke boost geven. Maar ook aan de kant van de kathode knettert het: het Britse chemiebedrijf Johnson Matthey kondigde in september een nieuw lithiumnikkeloxide aan, wat volgens Benergie de energiedichtheid met 40 procent kan verhogen. Die nieuwkomers in de ‘chemische fabriek’ hebben ook een impact op het werk van Solvay.

Ook de ‘vastestofbatterij’ zorgt voor opwinding in de batterijwereld. Ze zou niet langer gebruikmaken van vloeibare elektrolyten, een goedje dat ontvlambaar is als het weglekt uit de batterijkern. Bij een ongeval met een elektrische auto is zoiets niet ondenkbaar. ‘Als vaste materialen de energiestromen geleiden, zou de batterij veiliger en performanter worden. Voor ons is het de heilige graal’, zegt Triulzi.

Lichte materialen

Behalve van de focus op de batterij verwacht Solvay veel van hoogwaardige lichte materialen voor de carrosserie van de auto. ‘Lichtere auto’s verbruiken minder brandstof. Dat kan al een oplossing zijn voor het klassieke wagenpark’, zegt Triulzi. Maar ook voor e-auto’s zijn lichte materialen te verkiezen. Elke batterijkern moet worden ingepakt om te vermijden dat de ontvlambare elektrolyten weglekken. Als je dat doet met metaal, wordt de auto erg log. In de showroom in Bollate hangt een replica van de Solar Impulse, het ultralichte zonnevliegtuig dat zonder brandstof de wereld rondvloog, als herinnering aan het eeuwig streven naar steeds lichter en steeds efficiënter.

Ik maak me sterk dat mensen over een slordige tien jaar een e-auto kunnen kopen zonder zich zorgen te moeten maken over het bereik en de veiligheid van de batterij
Nicolas Cudré-Mauroux
Onderzoeksmanager Solvay

Werk genoeg dus voor het legertje onderzoekers aan de voet van de Italiaanse Alpen. ‘Ik maak me sterk dat mensen over een slordige tien jaar een e-auto kunnen kopen zonder zich zorgen te moeten maken over het bereik en de veiligheid van de batterij’, zegt Cudrée-Mauroux. Tot dan zullen nog veel flinterdunne zwarte laagjes in de oven worden geschoven, op zoek naar de perfecte kennis over het chemische samenspel.

Lees verder

Advertentie
Advertentie

Tijd Connect