[De energiedichtheid van lithiumbatterijen kan in de toekomst 1,5 tot 2 keer zo hoog worden als nu, wat betekent dat de batterijen kleiner zullen worden.]
[De kostenverlaging voor lithium-ionbatterijen ligt maximaal tussen de 10% en 30%. Het is moeilijk om de prijs te halveren.]
Van smartphones tot elektrische auto's: batterijtechnologie dringt steeds meer door in elk aspect van ons leven. Welke richting zal de batterij van de toekomst opgaan en welke veranderingen zal dit voor de maatschappij teweegbrengen? Met deze vragen in gedachten interviewde een verslaggever van First Financial vorige maand Akira Yoshino, een Japanse wetenschapper die dit jaar de Nobelprijs voor Scheikunde won voor zijn werk aan lithium-ionbatterijen.
Volgens Yoshino zullen lithium-ionbatterijen de komende tien jaar nog steeds de batterij-industrie domineren. De ontwikkeling van nieuwe technologieën zoals kunstmatige intelligentie en het internet der dingen zal "onvoorstelbare" veranderingen teweegbrengen in de toepassingsmogelijkheden van lithium-ionbatterijen.
Onvoorstelbare verandering
Toen Yoshino Akira de term 'draagbaar' hoorde, besefte hij dat de maatschappij een nieuwe batterij nodig had. In 1983 zag 's werelds eerste lithiumbatterij het licht in Japan. Akira Yoshino ontwikkelde het eerste prototype van een oplaadbare lithium-ionbatterij en leverde daarmee een belangrijke bijdrage aan de ontwikkeling van lithium-ionbatterijen, die in de toekomst veelvuldig gebruikt zullen worden in smartphones en elektrische voertuigen.
Vorige maand zei Akira Yoshino in een exclusief interview met No. 1 Financial Journalist dat hij na het vernemen dat hij de Nobelprijs had gewonnen "nog geen echte gevoelens" had. "De interviews die later volgden, hielden me erg bezig en ik kon niet echt blij zijn", aldus Akira Yoshino. "Maar naarmate de dag van de prijsuitreiking in december dichterbij komt, dringt de betekenis van de prijs steeds meer tot me door."
In de afgelopen 30 jaar hebben 27 Japanners of Japanse wetenschappers de Nobelprijs voor Scheikunde gewonnen, maar slechts twee van hen, waaronder Akira Yoshino, hebben een prijs ontvangen als bedrijfsonderzoeker. "In Japan ontvangen onderzoekers van onderzoeksinstituten en universiteiten over het algemeen prijzen, en slechts weinig bedrijfsonderzoekers uit het bedrijfsleven winnen een prijs", vertelde Akira Yoshino aan First Financial Journalist. Hij benadrukte ook de verwachtingen van het bedrijfsleven. Hij is van mening dat er binnen het bedrijfsleven veel onderzoek van Nobel-niveau plaatsvindt, maar dat de Japanse industrie haar leiderschap en efficiëntie moet verbeteren.
Yoshino Akira is ervan overtuigd dat de ontwikkeling van nieuwe technologieën zoals kunstmatige intelligentie en het internet der dingen "onvoorstelbare" veranderingen teweeg zal brengen in de toepassingsmogelijkheden van lithium-ionbatterijen. Zo zal de vooruitgang in software het ontwerpproces van batterijen en de ontwikkeling van nieuwe materialen versnellen, wat van invloed kan zijn op het gebruik van de batterij en ervoor kan zorgen dat deze in de meest optimale omstandigheden kan worden ingezet.
Yoshino Akira hecht ook veel waarde aan de bijdrage van zijn onderzoek aan de oplossing van de wereldwijde klimaatverandering. Hij vertelde aan First Financial Journalist dat hij de prijs om twee redenen heeft ontvangen. Ten eerste vanwege zijn bijdrage aan de ontwikkeling van een slimme, mobiele samenleving; ten tweede omdat hij een belangrijk middel biedt voor de bescherming van het wereldwijde milieu. "De bijdrage aan de milieubescherming zal in de toekomst steeds duidelijker worden. Tegelijkertijd biedt dit ook een geweldige zakelijke kans", aldus Akira Yoshino tegen de financieel verslaggever.
Yoshino Akira vertelde studenten tijdens een college aan de Meijo Universiteit, waar hij destijds hoogleraar was, dat hij, gezien de hoge verwachtingen van het publiek ten aanzien van het gebruik van hernieuwbare energie en batterijen als tegenmaatregel tegen de opwarming van de aarde, zijn eigen informatie zou delen, inclusief zijn gedachten over milieukwesties.
Wie zal de batterij-industrie domineren?
De ontwikkeling van batterijtechnologie heeft een energierevolutie teweeggebracht. Van smartphones tot elektrische auto's, batterijtechnologie is alomtegenwoordig en verandert elk aspect van ons leven. Of de batterij van de toekomst krachtiger en goedkoper zal worden, zal ons allemaal raken.
De industrie zet zich momenteel in voor het verbeteren van de veiligheid van batterijen en tegelijkertijd het verhogen van de energiedichtheid. De verbetering van de batterijprestaties draagt ook bij aan de bestrijding van klimaatverandering door het gebruik van hernieuwbare energiebronnen.
Volgens Yoshino zullen lithium-ionbatterijen de komende tien jaar nog steeds de batterij-industrie domineren, maar de ontwikkeling en opkomst van nieuwe technologieën zullen de waarde en de vooruitzichten van de industrie verder versterken. Yoshino Akira vertelde aan First Business News dat de energiedichtheid van lithiumbatterijen in de toekomst mogelijk 1,5 tot 2 keer zo hoog zal worden als nu, wat betekent dat de batterijen kleiner zullen worden. "Dit vermindert het materiaalgebruik en daarmee de kosten, maar de materiaalkosten zullen niet significant dalen." Hij zei: "De kosten van lithium-ionbatterijen zullen maximaal met 10% tot 30% dalen. Een halvering van de prijs is lastiger te realiseren."
Zullen elektronische apparaten in de toekomst sneller opladen? Akira Yoshino antwoordde dat een mobiele telefoon in 5-10 minuten volledig is opgeladen, iets wat in het laboratorium al is bereikt. Maar snel opladen vereist een hoge spanning, wat de levensduur van de batterij beïnvloedt. In de praktijk hebben mensen vaak geen behoefte aan een bijzonder snelle oplaadbeurt.
Van de vroege loodzuuraccu's tot de nikkel-metaalhydride-accu's die de ruggengraat vormen van Japanse bedrijven zoals Toyota, tot de lithium-ion-accu's die Tesla in 2008 gebruikte: traditionele vloeibare lithium-ion-accu's hebben de markt voor elektrische auto's tien jaar lang gedomineerd. In de toekomst zal de tegenstelling tussen energiedichtheid en veiligheidseisen enerzijds en de traditionele lithium-ion-accutechnologie anderzijds steeds prominenter worden.
In reactie op experimenten en solid-state batterijproducten van buitenlandse bedrijven zei Akira Yoshino: "Ik denk dat solid-state batterijen een veelbelovende toekomst hebben en dat er nog veel ruimte voor verbetering is. Ik hoop snel nieuwe vooruitgang te zien."
Hij zei ook dat solid-state batterijen qua technologie vergelijkbaar zijn met lithium-ionbatterijen. "Door technologische verbeteringen kan de laadsnelheid van lithium-ionbatterijen uiteindelijk ongeveer vier keer zo hoog worden als de huidige", vertelde Akira Yoshino aan een verslaggever van First Business News.
Solid-state batterijen zijn lithium-ionbatterijen die gebruikmaken van vaste elektrolyten. Doordat vaste elektrolyten de potentieel explosieve organische elektrolyt in traditionele lithium-ionbatterijen vervangen, worden de twee belangrijkste problemen van een hoge energiedichtheid en hoge veiligheidsprestaties opgelost. Batterijen die gebruikmaken van vaste elektrolyten hebben een hogere energiedichtheid, een groter vermogen en een langere gebruiksduur, wat de ontwikkelingstrend is voor de volgende generatie lithiumbatterijen.
Maar solid-state batterijen staan ook voor uitdagingen, zoals het verlagen van de kosten, het verbeteren van de veiligheid van de vaste elektrolyten en het behouden van contact tussen elektroden en elektrolyten tijdens het laden en ontladen. Momenteel investeren veel grote autofabrikanten wereldwijd fors in onderzoek en ontwikkeling van solid-state batterijen. Toyota ontwikkelt bijvoorbeeld een solid-state batterij, maar de kosten hiervan worden niet bekendgemaakt. Onderzoeksinstituten voorspellen dat de wereldwijde vraag naar solid-state batterijen in 2030 de 500 GWh zal benaderen.
Professor Whitingham, die de Nobelprijs deelde met Akira Yoshino, zei dat solid-state batterijen mogelijk de eerste zullen zijn die gebruikt worden in kleine elektronische apparaten zoals smartphones. "Want er zijn nog steeds grote problemen bij de toepassing in grootschalige systemen", aldus professor Whitingham.
Geplaatst op: 16 december 2019