Belgische ‘superbatterij’ combineert beste technologie van twee werelden

Het bedrijf levert zijn installaties in zes Europese landen, onder meer in Duitsland en België. Als thuisbatterijen aan consumenten, maar ook als containers voor energieopslag op industriële schaal aan bedrijven. “Diverse concurrenten onderzoeken dezelfde supercondensator-technologie, maar die hebben nog geen werkende installatie. Wij zijn daarin de enige”, zeggen hoofdengineer Eli De Mul en business developer Frédéric Haven van For-E.

Batterijen onmisbaar

Om over te kunnen stappen van fossiele brandstoffen op groene energie zijn batterijen onmisbaar. Ze kunnen overschotten aan hernieuwbare elektriciteit opslaan om windstille en donkere periodes zonder zon - aangeduid als Dunkelflaute - te overbruggen. Daarnaast kunnen ze de onbalans en congestie op het elektriciteitsnet verminderen door de pieken en dalen in de productie van groene stroom op te vangen. Op dit moment zijn 99,9 procent van alle gebruikte batterijen lithium-ion batterijen, blijkt uit het eerste Smart Storage Trendrapport. Maar dat type batterij brandrisico's, de winning van lithium vervuilt de omgeving en batterijcomponenten en kritische stoffen als kobalt, mangaan, lithium of koper komen meestal uit landen waar mensenrechten en natuurbehoud op een laag pitje staan. Ook hebben deze batterijen een relatief korte levensduur.

Supercondensatoren

Daarom zoeken bedrijven naar andere vormen van energieopslag. Zoutbatterijen, flowbatterijen en vaste stof-batterijen worden nu al ontwikkeld als alternatieven voor lithium-ion-batterijen. In die zoektocht wordt ook gekeken naar de supercondensator. Die heeft veel voordelen ten opzichte van een batterij. Hij kan voor langere tijd grote hoeveelheden elektriciteit opslaan. Hij wordt gebouwd van relatief eenvoudige, onschadelijke materialen die veel voorkomen. En een supercondensator kan bliksemsnel laden en ontladen. Daardoor worden ze in de praktijk gebruikt voor toepassingen waarbij veel energie in korte tijd nodig is. Bijvoorbeeld in de mijnbouw, waarbij hijskranen een zware lading moeten tillen of grote trucks een steile helling op moeten rijden.

Geen constante spanning

Dat snelle laden en ontladen is meteen ook een nadeel voor toepassingen in de energietransitie. Dat gebeurt namelijk niet onder constante, stabiele spanning, zoals bij een batterij. Daarom zijn supercondensatoren nog niet geschikt om groene stroom uit zonnepanelen of windturbines op te slaan, want de daarbij behorende omvormers zouden door die wisselende spanning meteen afslaan. Hierdoor zijn ze ook niet geschikt om de spanning op het elektriciteitsnet in balans te houden.

Technieken gecombineerd

Tot voor kort dan. Het Belgische For-E heeft een oplossing gevonden voor dit nadeel en brengt een hybride supercondensator op de markt, waarin een klein stukje batterijtechnologie is toegepast. “Wij hebben de voordelen van beide technologieën gecombineerd. Onze eerste uitdaging was om de spanning stabiel te houden. Anders sluiten de omvormers zich af en kun je het niet als een batterij gebruiken”, legt medeoprichter De Mul van For-E uit.

Kijk hier hoe de technologie van For.Energy werkt:

Lithium op de anode

For-E heeft dat probleem opgelost door de supercondensator aan te passen. Die bestaat simpel gezegd uit twee elektroden (plaatjes) met een positieve en negatieve lading ertussen. Hij werkt volgens een elektrostatisch proces, zonder warmteontwikkeling, en niet volgens een chemische proces. Het bedrijf gebruikt hiervoor cellen van grafeen, een materiaal dat meer energie kan opslaan.. Op de anode van de grafenen cel wordt 10 tot 12 procent lithium aangebracht. Niet om te reageren met andere metalen, zoals in een batterij, maar puur om de spanning te stabiliseren. Zo ontstaat een hybride supercondensator cel. Voor die aangepaste cel heeft het bedrijf een speciaal hybride batterij management systeem (BMS) ontwikkeld, ook weer een combinatie van systemen voor batterijen en supercondensatoren. Uit testresultaten blijkt dat de hybride batterij na 32.000 laadcycli op een volle belasting en hoge snelheid nog 80 procent van zijn capaciteit over heeft. Dus veel langer meegaat dan de 5.000 tot 8.000 laadcycli van traditionele batterijen.

Pilotproject Denemarken

Ook de spanning is nu stabiel. Dat maakt de hybride supercondensator geschikt om grote hoeveelheden groene stroom op te slaan en te handelen op de onbalansmarkt. In Denemarken start binnenkort een pilotproject bij een zonnepark, waar For-E twee containers van twintig voet met een vermogen van 5 megawattuur plaatst. Die slaan overtollige zonnestroom op en handelen op de onbalansmarkt door batterijcapaciteit aan te bieden bij pieken en dalen in stroomaanbod.

Modulair systeem

Het systeem is modulair, waardoor de ‘superbatterij’ zo groot gemaakt kan worden als wenselijk. De capaciteit kan variëren van 6 tot 60 kilowattuur, van 30 tot 250 kilowattuur en van 100 tot 500 kilowattuur. For-E kan het BMS afstellen op laad- en ontlaad-snelheden, die tot twintig keer sneller zijn dan die van lithium-ion batterijen. Daardoor kan een kleinere batterij van 100 kilowattuur evenveel vermogen leveren als een lithium-ion batterij van 1 megawattuur. Het systeem wordt ook geleverd in containers met een capaciteit van 1 megawattuur. “We kunnen zelfs 2,6 megawattuur in een container steken”, zegt De Mul.

Nog niet in Nederland

For-E heeft al honderden thuisbatterijen met deze technologie geleverd, vooral in Duitsland en België. Bij de Belgische vestiging van Procter & Gamble staat een industrieel hybride systeem als back-up stroomvoorziening voor de servers. Voor de NAVO ontwikkelde het bedrijf een mobiel model, dat gebruikt kan worden in crisisgebieden. “Daar mogen batterijen geen brand of explosiegevaar vormen”, zegt Haven. In Nederland heeft het bedrijf nog geen systemen geïnstalleerd.

Tweeledig brandveilig

De hybride batterij bevat geen schadelijke stoffen of schaarse aardmetalen. Een ander voordeel ten opzichte van lithium-ion batterijen is dat er geen gevaar is dat de hybride supercondensator in brand vliegt. “Onze brandveiligheid is tweeledig”, legt Haven uit. “Er is geen gevaar voor spontane zelfontbranding, zoals bij lithium. Dat kan bij ons niet omdat er geen warmteontwikkeling is. De grafeen die wij gebruiken heeft bovendien de eigenschap zuurstof te onttrekken in geval van brand. Dus zelfs als er in de omgeving een brand is, dooft die zichzelf.”

Geen batterij

Omdat het systeem geen chemische energie omzet in elektriciteit, valt het volgens de Belgische autoriteiten niet onder de definitie van een batterij. Daarom hoeven de installateurs en de klanten van For-E-installaties geen verwerkingsbijdrage te betalen aan de Belgische Bebat, die batterijen inzamelt en recyclet. Dat scheelt tienduizenden euro’s per container. “Officieel is het dus geen batterij. Bebat ziet dit niet als een batterij-cel, maar als een elektronica-cel”, zegt Haven.

Lees ook:

• Deze batterijen gaan lithium-ion vervangen, maar de vraag is wanneer
• Zo gaat Nederland zelf batterijen ontwikkelen en deze rol spelen die straks in het energiesysteem
• Duitse wonderbatterij zorgt ervoor dat er straks minder batterijen nodig zijn
• Bedenker van schone Belgische superbatterij wil fabriek bouwen in Nederland