De 'batterij op keukenzout', beter bekend als een zoutwaterbatterij of natrium-ionbatterij, is een type oplaadbare accu die zout water als elektrolyt gebruikt en commercieel verkrijgbaar is, voornamelijk voor grootschalige energieopslag thuis of professioneel gebruik. Voor de fabrikage van dit type batterijen zijn geen zeldzame aard metalen nodig. TU Delft is volop bezit met de verdere ontwikkeling van dit type batterij. Op het terrein van kennisinstituut Deltares staan een witte container met vier grote zwarte tanks. Samen vormen ze de AquaBattery.
Werking.
Een zoutwaterbatterij (natrium-ionbatterij) functioneert via een elektrochemisch proces:
Elektrolyt:
De batterij maakt gebruik van een waterige zoutoplossing (natriumchloride) als elektrolyt, het medium dat ionen transporteert.
Laden en ontladen:
Tijdens het laden en ontladen bewegen natriumionen tussen de positieve en negatieve elektroden om elektrische
energie op te slaan of vrij te geven.
Veiligheid:
Een belangrijk voordeel is dat er geen gevaar is voor oververhitting of chemische degradatie zoals bij sommige
andere batterijtechnologieën, waardoor ze als zeer veilig worden beschouwd.
Duurzaamheid:
Natrium is een van de meest voorkomende elementen ter wereld (keukenzout is overvloedig beschikbaar),
wat deze batterijen duurzamer en potentieel goedkoper maakt dan lithium-gebaseerde systemen.
Wat zijn de voordelen van een zoutwaterbatterij?
De zoutwaterbatterij is een type batterij die met specifieke voor- en nadelen komt. We beginnen met de voordelen van een zoutwateraccu, en gaan later in op de nadelen. In het kort zijn dit de voordelen van een zoutwaterbatterij:
Milieuvriendelijke productie.
Veilig.
Lange levensduur.
Onderhoudsarm.
Volledig ontlaadbaar.
Minder gevoelig voor temperatuurwisseling.
Milieuvriendelijk.
Sommige thuisbatterijen worden gemaakt met materialen zoals kobalt of nikkel. Deze grondstoffen worden steeds meer schaars, waardoor het mijnen ook een alsmaar vervuilender proces wordt. Het elektrolyt van een zoutwaterbatterij wordt van duurzame grondstoffen gemaakt die veel makkelijker te recyclen zijn. De duurzame materialen zijn zout water (natriumionen), mangaanoxide (kathode), koolstof-titaniumfosfaat (anode), en een keramisch membraan, en soms restproducten zoals lignine uit bomen om grafiet te vervangen, zonder zware metalen, waardoor het een veilige en milieuvriendelijke oplossing is.
De huidige thuisbatterijen worden meestal gemaakt met materialen zoals kobalt of nikkel. Deze grondstoffen worden steeds schaarser.
Veilig.
Omdat een thuisbatterij op een hoog tempo veel stroom opslaat en vrijlaat, is veiligheid een prioriteit. Zoutwaterbatterijen
zijn over het algemeen veiliger dan de meeste alternatieve materialen. Lithium-ion batterijen kunnen bijvoorbeeld oververhit
raken en brand veroorzaken, en loodzuurbatterijen kunnen chemische stoffen lekken.
Naast zoutwaterbatterijen zijn lithium-ijzerfosfaat batterijen ook uitermate veilig.
Lange levensduur.
Zoutwateraccu’s gaan langer dan 20 jaar mee. Dat komt vooral omdat het materiaal minder snel verslijt dan bijvoorbeeld loodzuurbatterijen of lithium-ion accu’s. Ook zullen zoutwaterbatterijen over het algemeen op lagere spanningen werken. Hierdoor zijn ze doorgaans minder krachtig, maar gaan ze wel langer mee.
Onderhoudsarm.
Batterijen van mogelijk onveilige materialen zoals loodzuur moeten vaak onderhouden worden om verzekerd te zijn dat ze blijven werken zonder lekkages of brandgevaar. Mede dankzij de veiligheid van een zoutwaterbatterij heeft het ook weinig tot geen onderhoud nodig om optimaal te blijven presteren.
Volledig ontlaadbaar.
Batterijen gebruiken Depth of Discharge (DoD) om uit te drukken hoeveel capaciteit van de batterij daadwerkelijk kan
worden gebruikt. De meeste apparaten die batterijen gebruiken, zitten meestal rond de 80-90% DoD. Dit wordt
expres gedaan om de levensduur van de batterij te verlengen. Zelfs met de lange levensduur van een zoutwaterbatterij
heeft het een DoD van 100%, waardoor de hele batterij te gebruiken is.
Je kan wel verwachten dat de efficiëntie van de batterij na zo’n 5.000 laadcycli (grofweg 13-14 jaar met één
laadcyclus per dag) met 30% afneemt.
Minder gevoelig voor temperatuurwisseling.
Zoutwaterbatterijen zijn doorgaans beter bestendig tegen extreme temperaturen dan lithium-ion of loodzuurbatterijen. Extreem hoge temperaturen kunnen de kans op brand binnen een lithium-ion batterij vergroten, maar een zoutwaterbatterij blijft goed functioneren bij een breder temperatuurbereik.
Wat zijn de nadelen van een zoutwaterbatterij?
Net als gewone batterijen, komt een zoutwaterbatterij ook met nadelen. Hoe zit het met die nadelen? In het kort zijn dit de nadelen van een zoutwateraccu:
Lage energiedichtheid.
Gevoeligheid voor piekstromen.
Lage energiedichtheid.
Hoewel ze milieuvriendelijk en veilig zijn, komen zoutwaterbatterijen ook met een lage energiedichtheid.
Simpel gezegd betekent dit dat je meer ruimte nodig hebt om hetzelfde vermogen te realiseren als lithium-ion
of lithium-ijzerfosfaat batterijen. Het resultaat is dan ook dat zoutwateraccu’s vaak veel groter en zwaarder
zijn dan andere materialen, waardoor het moeilijker is om een plek voor ze te vinden binnen of buitenshuis.
Een zoutwaterbatterij is tot wel drie keer zwaarder dan een lithium-ijzerfosfaat model.
Gevoelig voor piekstromen.
Piekstromen ontstaan wanneer de vraag naar stroom ineens omhoog schiet, oftewel wanneer je veel apparaten
tegelijkertijd gebruikt. Misschien ben je wel TV aan het kijken terwijl de airco aan staat, en besluit je
vervolgens ook de vaatwasser en wasmachine aan te zetten. Dat is een voorbeeld van piekstroom.
Lithium thuisbatterijen kunnen daar makkelijk mee omgaan, maar een zoutwaterbatterij worstelt met deze
piekstromen vanwege de eerder genoemde lage energiedichtheid, en een tragere reactiesnelheid.
Conclusie
Een zoutwaterbatterij zal nog verder ontwikkeld moeten worden (zijn nu nog te duur). Maar op termijn een goed alternatief voor de battarijen die met zeldzame aardmetalen worden gemaakt.
