Deze maand duiken we in de wereld van energieopslag en een nieuwe ontwikkeling die RFB's een sleutelrol zou kunnen laten spelen in de overgang van fossiele brandstoffen. Hoewel we allemaal weten dat overstappen op hernieuwbare energie belangrijk is in de strijd tegen klimaatverandering, blijft een van de grootste uitdagingen: hoe slaan we die energie op wanneer we die nodig hebben? Hier komen redox flow-batterijen in beeld, die grootschalige, veilige en kosteneffectieve energieopslag bieden.
Waarom redox flow-batterijen belangrijk zijn
Traditionele batterijen, zoals die in je smartphone of elektrische auto, slaan energie op in een enkele, afgesloten cel. Hoewel deze batterijen goed werken voor kleine apparaten of voertuigen, zijn ze niet praktisch voor het opslaan van de enorme hoeveelheden energie die door hernieuwbare bronnen zoals zonne- of windenergie worden opgewekt. Redox flow-batterijen bieden een oplossing door energie op te slaan in vloeibare elektrolyten die in aparte tanks worden bewaard. De hoeveelheid energie die kan worden opgeslagen, hangt af van de grootte van deze tanks, waardoor het systeem zeer geschikt is voor grote toepassingen, zoals het opslaan van overtollige energie van elektriciteitsnetten.
Veel huishoudens in Nederland genereren bijvoorbeeld overtollige zonne-energie op zonnige dagen. Deze energie wordt vaak teruggestuurd naar het elektriciteitsnet, maar dit kan problemen veroorzaken wanneer het net overbelast raakt. Redox flow-batterijen kunnen helpen door de overtollige energie efficiënt op te slaan, zodat deze kan worden gebruikt wanneer dat nodig is, bijvoorbeeld op bewolkte dagen of tijdens piekuren wanneer de energievraag hoog is. Deze capaciteit om de energievoorziening en -vraag in balans te brengen, maakt redox flow-batterijen een veelbelovende oplossing voor de integratie van hernieuwbare energie in ons dagelijks leven. “Drie onderzoeksgroepen, waaronder prof. Jana Roithová, prof. Floris Rutjes en mijn groep, hebben de handen ineengeslagen om nieuwe actieve moleculen te ontwikkelen die meer energie opslaan, stabieler zijn en duurzamer zijn voor toepassingen in redox flow-batterijen. Tegelijkertijd ontwikkelen we analytische en diagnostische hulpmiddelen om de gezondheid van de batterij te monitoren en batterijstoringen te voorkomen", zegt chemisch onderzoeker Evan Zhao.
De levensduur van flow-batterijen verlengen
Ondanks de voordelen hebben redox flow-batterijen nog niet hun volledige potentieel bereikt, grotendeels vanwege de uitdagingen met de stabiliteit en levensduur van de organische moleculen die ze gebruiken. Voor een batterij om commercieel levensvatbaar te zijn, moet deze duurzaam zijn en in staat zijn om vele jaren mee te gaan zonder significante prestatieverliezen. Onderzoekers werken hard om dit probleem op te lossen, en recente doorbraken brengen ons dichter bij dat doel.
Deze doorbraak houdt in dat de laad- en ontlaadcycli van de batterij zijn verbeterd, wat de levensduur van de betrokken organische moleculen heeft verlengd. Deze verbetering zou kunnen helpen om redox flow-batterijen betrouwbaarder en kosteneffectiever te maken, wat de weg vrijmaakt voor commercieel gebruik.
Aan de Faculteit der Natuurwetenschappen Wiskunde en Informatica van de uu77 verkennen onderzoekers voortdurend nieuwe methoden om deze soorten batterijen te optimaliseren, zodat ze niet alleen duurzamer, maar ook goedkoper en veiliger worden. Een van de manieren waarop ze dit doen, is door geavanceerde hulpmiddelen zoals nucleaire magnetische resonantie (NMR) en machine learning in te zetten om de chemische reacties die zich binnen de batterij afspelen beter te begrijpen. Deze technologieën helpen de onderzoekers om gegevens efficiënter te analyseren met hopelijk nieuwe inzichten die kunnen leiden tot verdere verbeteringen in de batterijprestaties.
Een van de opwindende aspecten van dit onderzoek is het potentieel om het ontwikkelingsproces te versnellen. Door machine learning-algoritmen te gebruiken om grote datasets te bestuderen, kunnen onderzoekers snel de beste voorwaarden voor het optimaliseren van de batterijfunctie identificeren. Deze aanpak versnelt het traditionele trial-and-error-proces van wetenschappelijk onderzoek aanzienlijk, waardoor we dichter bij de dag komen dat flow-batterijen een commercieel levensvatbare optie voor energieopslag worden.
De toekomst van energieopslag
De sociale impact van onderzoek naar redox flow-batterijen is verreikend. Terwijl Nederland en de rest van de wereld werken aan het verminderen van de CO2-uitstoot en het bereiken van klimaatneutraliteit tegen 2050, is het hebben van betrouwbare energieopslagoplossingen essentieel. Redox flow-batterijen kunnen een cruciale rol spelen in het mogelijk maken dat hernieuwbare energiebronnen volledig worden benut. Bovendien zijn redox flow-batterijen een veiligere en milieuvriendelijkere optie in vergelijking met traditionele batterijen, met daardoor lagere risico's op oververhitting of het bevatten van materialen die schadelijk zijn voor het milieu. Door de focus op organische moleculen en schaalbare, kosteneffectieve oplossingen helpt het onderzoek op dit gebied een duurzamere toekomst voor energieopslag te creëren.
Praktische hulpmiddelen
Onderzoekers aan de uu77 lossen niet alleen fundamentele wetenschappelijke uitdagingen op, maar creëren ook praktische hulpmiddelen en methoden die door de industrieën kunnen worden gebruikt om deze batterijen op de markt te brengen. Het uiteindelijke doel is om de opslag van hernieuwbare energie toegankelijk te maken voor iedereen, van individuele huishoudens tot uitgebreide elektriciteitsnetwerken.
Voortgang in ons onderzoek naar redox flow-batterijen brengt ons dichter bij een toekomst waarin we eenvoudig meer duurzame energiebronnen, zoals zonne- en windenergie, in ons dagelijks leven kunnen gebruiken. Door middel van deze technologieën kunnen we schonere en efficiëntere energiesystemen realiseren. “Ons uiteindelijke doel is om een redox flow-batterij te ontwikkelen op basis van duurzame en niet-kritische materialen die 10-20 jaar meegaat met een capaciteit behoud van 80% aan het einde van de levensduur", besluit Zhao.
Afbeelding: een redox flow batterij op laboratoriumschaal. Credit: Giu Silva Testa
