Zuurstof-ion batterij: veel goedkopere energieopslag?

Geschreven door

Moises van der Vlis

Gecontroleerd door

Geoff

Bijgewerkt op

11 april 2023

[addtoany] ×

Oostenrijkse onderzoekers ontwikkelden een zuurstof-ion batterij, die zuurstof opneemt of juist uitstoot bij het laden en ontladen.

Wat is een zuurstof-ion batterij?

Net als bij de lithium-ion batterij berust de zuurstof-ion batterij op twee elektroden, waar elektrochemische reacties plaatsvinden. De ene elektrode neemt graag zuurstofgas op en zet deze om in zuurstofionen, terwijl de andere elektrode juist zuurstofionen opneemt en deze in zuurstofgas omzet. Als dit proces plaatsvindt, ontlaadt de batterij. Als je de batterij juist oplaadt dan vindt het omgekeerde proces plaats.

Goedkope grondstoffen, duurzaam en gaat lang mee

Sterk punt aan deze batterij is dat de elektroden vaste, keramische materialen zijn. Dat betekent dat ze een stuk langer meegaan dan de lithium-ion batterijen van nu. Een ander sterk punt is dat de materialen waaruit ze bestaan, heel veel voorkomen op aarde. Bijna de helft van de aardkorst, en 21 procent van de lucht, bestaat uit zuurstof. IJzer, calcium, titanium, chroom en mangaan, de andere componenten, komen ook heel veel voor.

Een uniek voordeel van de zuurstof-ion batterij is dat verloren zuurstof automatisch aangevuld wordt via de atmosfeer. Lithium heeft de vervelende neiging om op een gegeven moment allerlei zogenoemde parasitaire reacties te ondergaan. Daardoor gaat lithium verloren uit het actieve deel en gaat de batterij uiteindelijk kapot.
Bij een zuurstofbatterij vindt deze reacties ook plaats, maar de verloren gegane zuurstof wordt automatisch aangezogen uit de atmosfeer door een chemisch proces.

De onderzoekers maten geen verslechtering na duizend laadcycli en durven daarom de aanname wel aan dat de batterij honderdduizenden laadcycli meegaat zonder te degraderen.

De nadelen van de zuurstof-ion batterij

Het voornaamste nadeel van de zuurstof-ion batterij is de vrij lage energiedichtheid. Zo wordt er per liter 0,140 kilowattuur opgeslagen. Lithiumbatterijen doen het drie keer zo goed. Je zal dus straks niet snel een zuurstof-ion batterij in je mobieltje, in een e-car of achterop je elektrische fiets aantreffen. Al helemaal niet, omdat de batterij een hoge bedrijfstemperatuur heeft. Deze ligt tussen de 200 en 300 graden. Een kansloos, onhandelbaar ding dus? Wel, dat ligt iets genuanceerder.

Wanneer de nadelen minder belangrijk worden dan de voordelen

Er zijn toepassingen van de zuurstof-ion batterij, waar het juist erg belangrijk is dat een batterij betaalbaar is, lang in bedrijf blijft, weinig storingsgevoelig is, veilig en waarbij het gewicht minder belangrijk is. Dan praten we over opslag van energie in bijvoorbeeld huis, in een powerwall dus, of elders in het elektriciteitsnetwerk. De hoge bedrijfstemperatuur is dan minder een probleem, als in ruil daarvoor je batterij tientallen malen langer meegaat..

Vooral om de hoge pieken en dalen gedurende dag en nacht op te vangen, is deze batterij ideaal. Voor energieopslag voor de winter moet je aan nog goedkopere oplossingen denken, zoals de warmtebatterij. En wie weet lukt het om de technische beperkingen van nu, zoals de hoge bedrijfstemperatuur, met een herontwerp of slimme foefjes te omzeilen. Dan zou de zuurstof-ion batterij wel eens op kunnen duiken in heel veel huizen.

Bron

Schmid, A., Krammer, M., Fleig, J., Rechargeable Oxide Ion Batteries Based on Mixed Conducting Oxide Electrodes. Adv. Energy Mater.2023, 13, 2203789. https://doi.org/10.1002/aenm.202203789