- Een leuke kamerplant die ook nog eens je telefoon oplaadt
- De flinterdunne, flexibele opslagmogelijkheden van 3D-geprint grafeen
- Zijn zoutbatterijen een oplossing voor zeewater-ontzilting?
- Energie uit eenvoudige, dagelijkse handelingen en je huid als accu
- Zijn de urine-batterijen van Bill Gates de toekomst?
- Klets de batterij van je smartphone maar vol
- Hoe ziet batterijtechnologie er in de toekomst uit en staan we echt aan de rand van een power-revolutie?
Dat de technologie exponentiële groei doormaakt weet iedereen. The sky lijkt the limit te zijn. Maar eigenlijk zijn het de huidige batterijen die voor een zekere stagnatie in de technologie zorgen. Onze batterijen zijn in de afgelopen decennia namelijk niet noemenswaardig meegeëvolueerd. Computersystemen en chips worden met de dag efficiënter, maar de batterijen in onze smartphones houden het nog steeds niet langer dan twee dagen vol. En de lithium-ion accu’s in onze elektrische auto’s zijn al niet veel beter.
Het goede nieuws is dat we aan de vooravond staan van een power-revolutie. Universiteiten en tech bedrijven over de hele wereld investeren fors in de ontwikkeling van alternatieve batterijtechnologie en veel van deze nieuwe technologieën worden al onderzocht en getest. Wie weet laden we de batterijen in onze gadgets wel op met goud nanodraad of misschien wel met urine. In dit artikel nemen we een kijkje bij de interessante ontwikkelingen in de batterijtechnologie van de toekomst.
Een leuke kamerplant die ook nog eens je telefoon oplaadt
Een batterij opladen met behulp van fotosynthese klinkt nogal sci-fi, maar met de Bioo-bloempot, ontwikkeld door Arkyne Technologies in Barcelona, kun je je smartphone tot drie keer per dag opladen. De bacteriën in de slimme plantenpot doen al het werk: tijdens de fotosynthese ontstaat er vanuit de bacteriën namelijk een reactie waar elektronen uit voortkomen. Die worden dan weer opgevangen door een batterij onderin de pot. Daar zit ook de USB-poort die mooi is weggewerkt in een kleine kei. De plant produceert zowel overdag als ’s nachts elektriciteit, dus je kunt er op elk moment van de dag je smartphone mee opladen.
Batterijen van goud nanodraad hoef je nooit meer te vervangen
De huidige batterijen van nanodraad gaan kapot als je ze een aantal keer hebt opgeladen. Wetenschappers van de Universiteit van Californië hebben echter een nieuw soort nanodraad-batterijen ontwikkeld, die je probleemloos duizenden keren kunt opladen. Ze kregen dit voor elkaar door gouden nanodraden (die duizend keer dunner zijn dan een menselijke haar) te voorzien van een gel-elektrolyt-laagje. De nanodraad-batterij kon vervolgens maar liefst 200.000 keer opgeladen worden zonder enig teken van slijtage. Deze doorbraak kan in de toekomst leiden tot commerciële accu’s met een eindeloze levensduur en batterijen die je nooit meer hoeft te vervangen. Dat is niet alleen goed nieuws voor onze smartphones, computers en andere elektrische apparaten maar ook voor onze elektrische auto’s. De nieuwe technologie heeft in de toekomst ook voor de luchtvaart- en zelfs de ruimtevaart enorm veel potentieel.
De flinterdunne, flexibele opslagmogelijkheden van 3D-geprint grafeen
Flexibiliteit van met name wearables wordt in de toekomst steeds belangrijker, maar met onze huidige batterijtechnologie is die flexibiliteit nogal een uitdaging. Onderzoekers aan de Swinburne University in Australië hebben een nieuwe, flexibele, grafeen-gebaseerde superbatterij ontwikkeld die je miljoenen keren, en binnen enkele seconden, kunt opladen. Grafeen is volledig opgebouwd uit koolstof, is vrijwel transparant en extreem dun. Verder is het een uitstekend geleidend materiaal dat ook nog eens sterker is dan staal. Omdat het materiaal maar een atoom dik is, is het ideaal voor wearables zoals horlogebandjes en riemen. De flinterdunne, flexibele en 3D-geprinte batterij is waterdicht en kan vele honderden keren worden gevouwen zonder dat er sprake is van krachtverlies. Je kunt het zelfs in textiel verwerken, zodat je altijd een batterij bij de hand hebt. Grafeen is ook nog eens vriendelijk voor het milieu.
Zijn zoutbatterijen een oplossing voor zeewater-ontzilting?
Lithium-ion-accu’s zitten in onze smartphones, laptops, auto’s en vliegtuigelektronica. De grootste uitdaging is echter dat ze niet geschikt zijn voor grootschalige energieopslag. Ook is lithium schaars, duur en giftig. Een goedkoop en schoon alternatief is de zout- of natrium-ion batterij waarbij zeezout het belangrijkste component is en koolstof het elektrodemateriaal. Zeezoutbatterijen zijn geschikt voor het opslaan van wind- of zonne-energie of kunnen tijdelijk stroom uit het elektriciteitsnet opslaan. Zoutbatterijen kunnen ook gebruikt worden als laadpunt voor elektrische auto’s. De zeezoutbatterij van Dr. Ten BV, een Nederlands bedrijf dat zich specialiseert in product- en procesinnovatie, won met de zoutbatterij niet alleen de Blauwe Tulp Accenture Innovation Award, maar ook de Jan Terlouw innovatieprijs.
Zoutbatterijen worden nu ook getest voor de ontzilting van zeewater. Ontzilting word nu voornamelijk gedaan met omgekeerde osmose, een kostbare en energieverslindende methode waarbij zeewater onder hoge druk door een halfdoorlatend membraan wordt geperst. Onderzoekers aan de Urbana-Champaign universiteit in IIlinois hebben onlangs een zoutbatterij ontwikkeld met twee interessante ‘features’. Niet alleen is de batterij energie-efficiënt en milieuvriendelijk, het heeft ook potentieel voor grootschalig gebruik. De onderzoekers werden geïnspireerd door zoutbatterijen waarin sodium- en chloride-ionen van negatieve elektrodes naar positieve elektrodes stromen. Het sodium tussen de twee elektroden wordt door een membraan geblokkeerd en als de zoutbatterij wordt opgeladen, wordt aan de ene kant van de batterij het zout verzameld, en ontstaat er aan de andere kant zoet water. Voor deze ontziltingsmethode is nagenoeg geen energie nodig en de techniek heeft de potentie om op grote schaal toegepast te worden.
Energie uit eenvoudige, dagelijkse handelingen en je huid als accu
Met eenvoudige dagelijkse lichaamsbeweging kun je nu door middel van een kleine flexibele generator je huid als accu laten fungeren en de beweging omzetten in stroom. De generator, die niet groter is dan een postzegel, maakt gebruik van statische elektriciteit die veroorzaakt wordt door wrijving, bijvoorbeeld tijdens het fietsen, om bewegingen om te zetten in stroom. De huidcontact-methode kan devices zoals wearables opladen terwijl je fietst of wandelt en zelfs ook wanneer je praat of iets vasthoudt. Als je een schouderklopje krijgt kun je bijvoorbeeld al genoeg energie produceren om twaalf LED-lampen te laten branden.
Zijn de urine-batterijen van Bill Gates de toekomst?
Batterijen die gevoed worden door menselijke uitwerpselen? Jazeker. De Bill Gates Foundation investeert fors in onderzoek naar en de ontwikkeling van batterijen die gevoed worden door urine. De ‘urine-tricity’ batterijen, ontworpen door de Bristol Robotics Laboratory, zouden voldoende vermogen genereren om een mobiele telefoon op te laden. Eenvoudig uitgelegd, komt de urine via speciale buizen in de accucellen terecht, vervolgens breken micro-organismen met behulp van microbiële brandstofcellen de urine af en wordt er energie geproduceerd. De reststoffen die als gevolg van het proces ontstaan hebben geen nadelige gevolgen voor het milieu. Wie had ooit gedacht dat onze toiletten een bron van elektriciteit zouden worden?
Klets de batterij van je smartphone maar vol
Zelfs met omgevingsgeluid kun je batterijen opladen. In samenwerking met Nokia, ontwikkelden onderzoekers aan de Queen Mary University in Engeland onlangs een smartphone die door geluid kan worden opgeladen. De onderzoekers creëerden nanostaafjes van zinkoxide die in staat zijn om geluid, zoals stem- of achtergrondgeluid, op te vangen. Dit is mogelijk dankzij het ‘piëzo-elektrische effect’ waarbij zinkoxide, wanneer het krimpt en weer uitzet, elektriciteit produceert. Met deze stroom kun je vervolgens de accu’s van verschillende apparaten van stroom voorzien. In de toekomst kletsen we de batterijen van onze smartphones dus niet meer leeg, maar juist vol.
Deze melanine accu kun je opeten
Een onderzoeksteam, onder leiding van Christopher Bettinger, heeft onlangs een accu ontwikkeld die gemaakt is van natuurlijke, oplosbare materialen, waaronder melanine, de stof die ook in onze huid zit. Melanine biedt niet alleen bescherming tegen de schadelijke straling van de zon, het bindt en ontbindt ook metaalionen. Met melanine, gecombineerd met andere lichaams-eigen stoffen, heeft het team nu een natuurlijke, eetbare accu ontwikkeld. Deze technologie is met name interessant voor medische diagnoses of het behandelen van ziekten. Tot voor kort gebruikte men hiervoor kleine, inslikbare cameraatjes met giftige accu’s. Niet alleen heeft men de veiligheid van deze accu’s nooit kunnen vaststellen, ze konden ook maar eenmalig gebruikt worden. De eetbare melanine-accu kan echter achttien uur lang, zonder schadelijke bijwerkingen, zijn werk doen. Dat is lang genoeg om lichaamsprocessen van binnenuit met een cameraatje te kunnen monitoren of medicijnen langdurig te kunnen toedienen.
Hoe ziet batterijtechnologie er in de toekomst uit en staan we echt aan de rand van een power-revolutie?
Er wordt veel onderzoek gedaan naar alternatieve batterijtechnologie of verbeteringen van de huidige technologie. Veel van deze initiatieven werken echter alleen nog als proof of concept en komen voorlopig niet tot praktische toepassingen. Ze luiden echter wel een periode in van grote veranderingen en onvoorstelbare oplossingen.
