Batterijen


Ontwikkeling

De ontwikkeling van batterij met Lithium kwam op gang doordat Lithium een zeer goede reductor (een stof die in een chemische reactie elektronen kan afstaan) is en ook het lichtste metaal in het periodieke systeem. Dit geeft de mogelijkheid tot werking met hoge voltages, een licht gewicht en een hoge energieopslag dichtheid. Dit betekent dat je kleine lichte batterijen kunt maken die wel veel energie kunnen opslaan.

De eerste Lithium-ion batterijen konden niet herladen worden. Pas in 1960 werd er in een testfase de eerste oplaadbare lithium-ion batterij gemaakt, maar deze batterij had een werktemperatuur van ongeveer 450 graden Celsius. In de vroege jaren 70 was er eindelijk een doorbraak: “electrochemical intercalation”. Dit proces zorgt ervoor dat ‘gastmoleculen’ in het Lithium geplaats konden worden. Deze moleculen worden tussen laagjes Lithium geplaatst waardoor de eigenschappen van de stof veranderen. Nu kan de stof zowel energie vasthouden als loslaten, en dat op kamertemperatuur. De eerste commerciële Li-ion batterij werd in 1977 op de markt gebracht maar net zoals de drie andere grijze cirkels in het figuur, faalde deze door technische mankementen of door een zeer laag gebruik-gemak. De eerste succesvolle Li-ion batterij werd in 1991 aangeboden door Sony. Hierna werden de batterijen door technologische ontwikkeling steeds energie compacter en goedkoper, zoals te zien is in figuur 1 (Crabtree et al., 2015w).


Figuur 1. De ontwikkeling van Lithium-ion batterijen. Bron: Crabtree et al. (2015)w


Gebruik

Eerste werden Li-ion batterijen vooral gebruikt voor telefoons, camera’s en computers. De laatste jaren worden de batterijen ook gebruikt voor elektrische (of hybride) auto’s, elektrische fietsen en in de toekomst de opslag van wind- en zonne-energie. Dit laatste is erg belangrijk. Met veel vormen van duurzame energie is de opwekking geen continue stroom, hierom moet de energie eerst opgeslagen kunnen worden. Met de rol van Li-ion batterijen in veel van onze producten zijn ze inmiddels niet meer uit onze samenleving weg te denken. Lees meer over het gebruik van batterijen op de pagina over energie-opslag.

Materialen

Een lithium-ion batterij bestaat uit een anode, meestal koolstof in de vorm van grafiet en een kathode gescheiden door een organisch elektrolyt. Overige componenten bestaan uit koper, plastic en aluminium. Kathodematerialen die geschikt zijn voor het gebruik in elektrische auto’s en fietsen bestaan uit de LiMO2 materiaalfamilie, waarbij de M een combinatie is van kobalt, nikkel, aluminium en mangaan (Binnemans en Jones, 2018w). Zoals ook te lezen is op de pagina over kritieke-materialen zijn grafiet en kobalt kritiek in de EU. Een tekort aan Lithium zelf, daarentegen is onwaarschijnlijk. In mate van absolute hoeveelheden wordt er nu geschat dat er nog tussen de 13 en 22 Mt Lithium is in reserves (Toekomstige Lithium voorradenw). In een Tesla Model S zit ongeveer 63kg Litium, wat zou betekenen dat er nog ruim 300 miljoen Tesla’s gemaakt zouden kunnen worden met de huidige bekende reserves (Tesla batterijw). Hoewel er op dit moment nog voldoende Lithium is, geeft dit geen garantie voor de toekomst wanneer de vraag naar deze batterijen verder toeneemt.

Recycling

In bijna alle auto’s met een verbrandingsmotor zit een loodaccu, en de recycling van deze accu’s is inmiddels routine. Ook voor de nikkel-metaalhydride-accu’s die in hybride auto’s zitten loont het om te recyclen. De prijs voor de losse materialen die in de accu zitten zijn hoger dan de kosten van het ontmantelen. Bij lithium batterijen gaat dit helaas lastiger. Dit komt doordat er veel verschillende materialen in zitten en doordat de accu bij ondeskundige ontmanteling in brand kan vliegen. Hierdoor vallen de kosten van dit proces een stuk hoger uit, gemiddeld een paar euro per kilo. Het is goedkoper om de oude accu te dumpen dan hem te laten verwerken. Als de accu wel ontmanteld wordt, worden vooral aluminium, koper en kobalt teruggewonnen (ongeveer 60% van het oorspronkelijke gewicht). Lithium, ongeveer 1%, wordt in het algemeen niet teruggewonnen. Dit zou kunnen veranderen als de vraag naar Lithium stijgt (Recyclen van Lithium batterijenw).





Bronnen

Crabtree et al. (2015)w,
Binnemans en Jones, 2018w, Binnemans, K., & Jones, P. T. (2018). Kritieke metalen voor een transitie naar een koolstofarme economie. In B. Pattyn, & P. D'Hoine (Reds.), Lessen voor de eenentwintigste eeuw: Opinie, feit en oordeel (24e ed., pp. 143–172). Leuven, België: Universitaire Pers Leuven.
Crabtree et al., 2015w, Crabtree, G., Kócs, E., & Trahey, L. (2015). The energy-storage frontier: Lithium-ion batteries and beyond. MRS Bulletin, 40(12), 1067–1078. https://doi.org/10.1557/mrs.2015.259

Laatste wijziging: 21-01-2019
Creative Commons-Licentie
Deze publicatie valt onder een Creative Commons licentie. Zie hiervoor het colofon.