Veelbelovende toekomst van energieopslag: 7 lopende onderzoeksprojecten die u moet weten

Een van de door ons aanbevolen manieren om de proliferatie van energieprosumers aan te moedigen, benadrukte het belang van efficiënte energieopslagtechnologie voor de duurzaamheid van gedecentraliseerde elektriciteitsnetten en, bijgevolg, hernieuwbare energie.

Om de huidige situatie van de bestaande opslagsystemen te verbeteren, moeten relevante studies worden uitgevoerd, met name naar de heruitvinding en wijziging van Battery Energy Storage Systems (BESS). In de afgelopen jaren is gebleken dat BESS bij uitstek geschikt zijn voor systemen van slimme netwerken. 

Wat dit betekent voor de toekomst van energieduurzaamheid en de klimaatneutraliteitsdoelstellingen van de EU is dat opslagbatterijen onaantastbaar zijn vanwege hun toegankelijkheid en betaalbaarheid. In dit bericht bespreken we enkele van de lopende onderzoeksprojecten op het gebied van energieopslag:

1. BAT4EVER

Tijdens voortdurende laad- en ontlaadcycli ondervinden batterijen microschade en materiaalverlies. Dit verschijnsel is een zekerheid, en de enige mogelijke manier om batterijen ondanks dit defect in stand te houden is om batterijen zichzelf te laten genezen. BAT4EVER is erop gericht dit mogelijk te maken.

Het onderzoeksprogramma inzake energieopslag, dat een van de zes Battery 2030+-onderzoeksprojecten is, werd opgestart en wordt gecoördineerd door de Vrije Universiteit Brussel (VUB), België, om batterijen met ultrahoge prestaties uit te vinden, baanbrekende technologieën naar het Europese batterij-ecosysteem te brengen en toekomstig Europees leiderschap op de huidige markten en in opkomende toepassingen aan te moedigen. 

BAT4EVER tot nu toe

Het onderzoeksprogramma inzake energieopslag is in september 2020 van start gegaan en zal volgens de planning in augustus 2023 worden afgerond. Tot dusver zijn de volgende opmerkelijke verwezenlijkingen bereikt:

• Ionische vloeistoffen zijn met succes opgenomen in de ionengels met zelfhelend vermogen.
• Kathode-elektroden met omhulselmateriaal zijn produceerbaar gemaakt. 
• De polymeren voor zelfherstellende anodes zijn geoptimaliseerd, en de eerste elektrochemische tests op willekeurige cellen zijn uitgevoerd.

Op dit moment zijn kathode-elektroden met omhulselmateriaal geproduceerd, die nog moeten worden geoptimaliseerd. Aan de optimalisatie en de schaalvergroting wordt nog gewerkt.

Opslagbatterijen die zichzelf kunnen herstellen behoren tot de kernbehoeften van het energie-ecosysteem op dit moment, en deze mogelijkheid hangt af van het succes van dit onderzoek.

2. Accu-interface Genoom-Materialen Versnellingsprogramma (BIG-MAP)

BIG-MAP, een ander Battery 2030+ energieopslag onderzoeksproject, werd gestart en begeleid door Danmarks Tekniske Universitet DTU, Denemarken, om innovatieve fast-tracking methoden te introduceren en het ontdekken en uitvinden van batterijen te verbeteren met behulp van kunstmatige intelligentie (AI). Samengevat beoogt het onderzoek een tienvoudige toename van de productie van ultrahoge prestaties.

De hoofddoelstelling van BIG-MAP is een autonoom "zelfrijdend" laboratorium te creëren dat nieuwe en betere batterij-interfaces en materialen kan ontwerpen en synthetiseren.

BIG-MAP tot nu toe

Twee jaar na de start van het onderzoeksproject inzake energieopslag zijn de specifieke doelstellingen vastgesteld die nodig zijn om het doel te bereiken:

• Ontwikkeling van de wetenschappelijke en technologische modellen voor een snelle ontdekking van batterijen. 
• Uitvoering van initiatieven om te zorgen voor een goed gebruik van projectgegevens in de hele waardeketen voor het ontdekken van batterijen. 
• De batterijgemeenschap in de hele batterijwaardeketen de hand reiken om de ontwikkeling van batterijen in de EU te versnellen.

Er is een model, FullProfApp, ontwikkeld om de eerste doelstelling te bevorderen. Aan het eind van het onderzoek zal de wereld een innovatieve manier hebben gekregen om de verspreiding van verbeterde opslagbatterijen te versnellen. 

3. HIDDEN

Het derde Battery 2030+ energieopslag-onderzoeksproject, HIDDEN, is net als BAT4EVER geconcipieerd en wordt gemonitord door VTT Technical Research Centre of Finland, Finland, om zelfherstellende processen voor batterijen te ontwikkelen. 

Daarnaast wil Hidden de mate verslaan waarin de dichtheid van Li-ion-batterijen met 50% kan worden verhoogd in Li-metaalbatterijen. Batterijen met een hogere dichtheid hebben een langere bedrijfstijd dan die met een lagere dichtheid. De implicatie van deze doelstellingen is de productie van kleine zelfherstellende batterijen die lang kunnen werken.

HIDDEN So Far

44% van de koolstofuitstoot in Europa is afkomstig van vervoer, waarvan 27% van auto's. Met Li-ion batterijen in auto's wordt deze uitstoot aanzienlijk verminderd. Li-ion-batterijen hebben echter te lijden van dendrietgroei, waardoor hun levensduur wordt beperkt. HIDDEN wil dit probleem oplossen door de dendrietgroei te verminderen met het model dat is ontwikkeld. 

4. INSTABAT

INSTABAT is een lopend onderzoek naar energieopslag dat onder toezicht staat van de Franse Commissie voor Atoomenergie en Alternatieve Energieën. Het werd opgestart om technieken te ontwikkelen die zullen helpen bij de bewaking van de belangrijkste parameters van een Li-ion-batterijcel; de ontwikkeling van nauwkeuriger indicatoren voor de ladingstoestand, de gezondheid, het vermogen, de energie en de veiligheid.

INSTABAT hoopt dit te bereiken door slimme sensortechnologieën en -functies te ontwikkelen die in een batterijcel worden ingebouwd en parameters kunnen lezen en rapporteren zoals temperatuur, warmtestroom, druk, spanning, lithiumconcentratie en -verdeling, CO2-concentratie en -verdeling, absolute impedantie, en polarisatie. 

Aan het eind van dit onderzoek zullen eigenaren van opslagbatterijen in staat zijn om de toestand van hun batterijen effectief te monitoren, zodat zij de relevante stappen kunnen nemen om de corrigeerbare te corrigeren. Bovendien helpt dit onderzoek ook de levensduur en prestaties van accu's te optimaliseren door eigenaren van accu's te helpen mogelijk falen van accu's te voorkomen.

5. SENSIBAT

SENSIBAT, dat is opgezet door het Spaans centrum voor technologisch onderzoek Ikerlan, heeft een gemeenschappelijk doel met INSTABAT. Naast het bouwen van sensortechnologieën om de toestand van Li-ionbatterijcellen te bewaken, beoogt het energieopslagonderzoek ook het zelfherstellend vermogen van Li-ionbatterijen te bereiken door de recycleerbaarheid van cellen te bestuderen en kosten-batenanalyses te maken voor de batterijen met deze bewakingssensoren. Een andere belangrijke doelstelling van het onderzoek is de integratie van de ontwikkelde sensor 1Ah en 5Ah pouch batterijcellen.

Het resultaat van dit onderzoek zal het niet alleen mogelijk maken de opslagbatterijen van nabij te volgen en te onderhouden, maar zal ook zelfgenezend vermogen en verbeterde materiaalontdekking mogelijk maken. 

SENSIBAT tot nu toe

SENSIBAT is erin geslaagd sensoren te integreren die de elektrochemische prestaties van batterijcellen inschatten.

Voorts is de productie van niveau 1-sensoren begonnen en zal deze naar verwachting in de eerste helft van de looptijd van het onderzoek zijn voltooid.

6. SPARTACUS

SPARTACUS is de andere kant van de INSTABAT-medaille. Dat wil zeggen, het is onderzoek met een wereldwijde focus op het verhogen van het bewustzijn van de batterijsituatie en bijgevolg het verbeteren van het batterijonderhoud. De methode die SPARTACUS brengt, is echter enigszins anders. De sensoren die in dit onderzoek naar energieopslag worden ontwikkeld, detecteren degradatie- en falingsmechanismen net voordat er sprake is van prestatieverlies. Deze functie kan worden vergeleken met het "batterij bijna leeg"-signaal dat uw gadgets u geven om u ertoe aan te zetten de volgende noodzakelijke stap te zetten. 

Wat we zullen profiteren van dit onderzoek zijn:

• Batterijen kunnen meerdere levens meegaan. 
• Geavanceerd batterijbeheersysteem. 

7. Betaalbare hoogwaardige groene REdox floW-batterijen (HIGREEW) 

HIGREEW heeft tot doel geavanceerde REdox floW-batterijen te ontwikkelen en te valideren. Het onderzoek, dat in november 2019 van start ging en wordt begeleid door Centro De Investigacion Cooperativa De Energias Alternativas Fundacion, Cic Energigune Fundazioa, Spanje, hoopt opslagbatterijen te realiseren op basis van een nieuwe in water oplosbare, goedkope organische elektrolyt voor een hoge energiedichtheid en een lange levensduur. 

HIGREEW Doelstellingen

• Specificaties definities
• Optimalisatie van materialen en componenten
• Stack ontwerp en engineering
• Batterij prototype 

Het succes van dit onderzoek zal resulteren in de ontwikkeling van milieuvriendelijker batterijen met een groter vermogen en een hogere energiedichtheid en met een langere levensduur.

CONCLUSIE 

Onderzoek is de ruggengraat van innovatie. De in dit bericht besproken studies hebben, ondanks hun uiteenlopende doelstellingen, allemaal één gemeenschappelijk doel: de duurzaamheid van hernieuwbare energie. De successen van deze studies zullen een enorme positieve impact hebben op de EU-doelstellingen voor het koolstofarm maken van de economie.

‍