Ondernemer Christian Rood wist het zeker: deze machine kan wereld van accu's veranderen

Een mislukking, zo kun je de meterslange machine in de loods bij vliegveld Eindhoven gerust noemen. Jarenlang stond ie te verstoffen, hij was al bijna vergeten. Tot Christian Rood er bij toeval tegenaan liep. Rood wist meteen: deze machine kan de wereld veranderen, zo vertelt hij in de Volkskrant.

Het apparaat was een jaar of vijftien geleden ontwikkeld voor de productie van flexibele zonnecellen. Hij kan silicium (de belangrijkste component van zonnecellen) op een flexibele drager dampen. Het concept werkte, maar al snel kwam een onoverkomelijke tekortkoming aan het licht: het lukte toenmalig onderzoekscentrum ECN niet de dichtheid van het silicium te verhogen. Daardoor bleef de elektriciteitsopbrengst van de cellen klein. Te klein voor commerciële toepassing. Het apparaat raakte in de vergetelheid.

Oplossing voor accu-industrie probeert constant energiedichtheid van producten te vergroten

De machine die iets weg heeft van een drukpers, mag matig geschikt zijn voor de fabricage van zonnecellen, ze bleek een oplossing voor de accu-industrie, die constant probeert de energiedichtheid van haar producten te vergroten. Een van de knelpunten daarbij is de anode, een van beide polen van de accu. De anode wordt nu gemaakt van grafiet. Maar grafiet kan per volumedeel slechts een beperkte hoeveelheid energiedragers opslaan. Daarom zoeken accu-ontwikkelaars naar betere materialen.

Al lang is bekend dat silicium (het spul uit zonnepanelen) heel geschikt is, omdat het per oppervlakte veel meer lithium-ionen (de energiedragers) kan bergen. Maar silicium heeft een belangrijk nadeel: het zwelt op zodra er ionen in worden geduwd, een beetje wat er gebeurt als popcornmais wordt verhit. Na een paar keer laden en ontladen, beschadigt het materiaal en verliest de accu aan kracht. Daar heb je dus weinig aan in je e-auto of smartphone.

Precies hier kier komt de uitgerangeerde zonnecelmachine in beeld. Want die bakt silicium in poreuze laagjes. Hierdoor ontstaat ruimte om te zwellen, zonder dat het silicium verkruimelt. Precies waar onderzoekers naar op zoek waren, want nu kan de anode in theorie veel langer mee.

Waardeloze zonnecelmachine van vijftien jaar oud misschien startpunt van betere accu’s

Doordat silicium zelfs in poreuze toestand veel meer energie kan bergen dan grafiet, maakt de li-ionaccu een capaciteitssprong. Een flinke: ,,Onze batterijen kunnen per liter tot 70 procent meer opslaan'', zegt Rood. ,,Denk je eens in wat je daarmee kunt doen: een smartphone die twee keer langer mee gaat, of een e-auto die dubbel zo ver reikt.'' Of even ver komt en veel minder weegt. Zo blijkt een waardeloze zonnecelmachine van vijftien jaar oud misschien wel het startpunt van betere accu’s.

Rood, oorspronkelijk bankier, was verzeild geraakt in de wereld van de cleantech en was daar in contact gekomen met ECN. Daar liep hij op een goede dag tegen de zonnecelinstallatie aan en zag mogelijkheden voor accutechnologie. ,,Er kwamen waardeloze zonnecellen uit, maar heel goeie anodes'', vat hij het samen. Samen met Gabriel de Scheemaker richtte hij Leyden-Jar op, als verwijzing naar de allereerste Leidse ‘accu’ uit 1745.

Eerste resultaten veelbelovend: accucellen hebben capaciteit van 1.350 wattuur per liter

Aan de ene kant van de installatie gaat vanaf een grote rol koperfolie de machine in, waarna met behulp van heet plasmagas het silicium er wordt opgedampt. Aan het andere uiteinde komt de folie uit de machine, inclusief opgedampt silicium; de anode.

In de proefopstelling in Eindhoven worden nu kleine series zogenoemde pouch cellen gemaakt, platte accu’s, die vervolgens naar het eigen lab in Leiden gaan voor materiaaltests. De eerste resultaten zijn veelbelovend: de accucellen hebben een capaciteit van 1.350 wattuur per liter. Accu’s op basis van grafiet komen volgens Rood tot ongeveer de helft.

Door koppelen van machines kan productiecapaciteit genoeg omhoog om rendabel te draaien

De technologie werkt, zegt Rood. ,,Ze is bewezen.'' De grootste uitdaging is nu het vergroten van het aantal laadcycli. Momenteel kunnen de accu’s tweehonderd keer opgeladen en ontladen worden voor ze hun bruikbaarheid verliezen. Genoeg voor sommige militaire en medische toepassingen, waar een hoge energiedichtheid nodig is en levensduur wat minder belangrijk is. Maar voor de auto-industrie zijn ze nog niet goed genoeg. Daarvoor zijn 800 cycli nodig, zegt Rood. Voor consumentenelektronica volstaan 500. Dat is dus de volgende stap. Rood zegt al in gesprek te zijn met een aantal grote elektronicaproducenten, maar kan nog niet zeggen wie.

Ook de snelheid van het productieproces moet omhoog. In een eerste financieringsronde heeft Rood geld opgehaald om een machine van de tweede generatie te ontwikkelen, die sinds een klein jaar naast de zonnecelinstallatie staat. De nieuwe heeft 24 in plaats van vijf plasmabronnen, waardoor er sneller laagjes silicium opgedampt kunnen worden. Diens opvolger, die nu in de planning staat, moet er nog meer krijgen.

Daarnaast moeten ‘treintjes’ worden gemaakt; een stuk of tien machines achter elkaar, waarna een lange rol koperfolie telkens door een volgende installatie wordt geleid. Hoewel het proces langzamer is dan de bestaande accutechnologie, kan door het koppelen van machines de productiecapaciteit genoeg omhoog om rendabel te draaien, verwacht Rood.

Financieringsronde moet 15 miljoen euro opleveren om derde generatie te kunnen ontwikkelen

Leyden-Jar wil ‘een soort mini-ASML’ worden voor de accu-industrie, zegt Rood. ,,Wij zijn net als hen bezig met hogere dichtheid. We maken de accu’s niet zelf, maar leveren machines om te produceren. En we zitten in Eindhoven.'' Dat laatste is belangrijker dan het misschien lijkt, zegt Rood. ,,Er is hier ongelooflijk veel kennis op het gebied van dunnefilmtech.''

Om verder te kunnen groeien, is Leyden-Jar bezig met een nieuwe financieringsronde, die 15 miljoen euro moet opleveren om de derde generatie te kunnen ontwikkelen. Zodra die werkt, zegt Rood, kunnen we met partners in de automobielindustrie op weg naar een gigafactory. Met tien machines achter elkaar denkt hij een capaciteit van 0,3 gigawattuur per jaar te halen.

Er worden nu volop accufabrieken in Europa gebouwd. Worden die straks overbodig met de technologie van Leyden-Jar? ,,Nee'', zegt Rood. ,,Onze anoderollen passen naadloos in bestaande processen.'' Ze helpen misschien juist wel het leven van bestaande accutech te rekken. ,,De energiedichtheid is groter dan wat solid state technologie belooft. Dus het bestaande kan blijven.''