Batterijtechnologie die het internationale ruimtestation ISS, de Hubble ruimtetelescoop en talloze satellieten van energie heeft voorzien, slaat nu energie op aarde op, waardoor intermitterende hernieuwbare energiebronnen constante stroom kunnen leveren. De batterijen zijn “waanzinnig duurzaam in elke zin van het woord”, aldus Jorg Heinemann, CEO van het in Fremont, Californië gevestigde EnerVenue Inc., dat de kosten van de technologie kon verlagen door het dure platina te verwijderen, waardoor aardse toepassingen haalbaarder werden. “Met onze kostenbesparende innovaties geloven we dat dit de beste batterij is voor energiecentrales, bedrijven en huizen,” zei hij.
Energie voor ruimtestations
De nikkel-waterstofaccutechnologie bestaat al tientallen jaren. Deze batterijen werden voor het eerst ontwikkeld in de jaren 1970 en in de jaren 1980 begonnen ze de nikkel-cadmiumtechnologie te vervangen op geosynchrone communicatiesatellieten van het wereldwijde consortium Intelsat. Ze waren aantrekkelijk voor ruimtetoepassingen omdat ze veilig zijn, betrouwbaar bij extreme temperaturen en een lange levensduur hebben. NASA gebruikte nikkel-waterstofbatterijen voor het eerst in 1990 voor de Hubble ruimtetelescoop - het debuut van deze technologie in een groot project in een lage baan om de aarde. Het oorspronkelijke energiesysteem van de Hubble bevatte zes nikkel-waterstofbatterijen van 125 pond die duizenden keren per jaar werden opgeladen en ontladen, waarbij energie werd onttrokken aan de zonnepanelen van de telescoop wanneer de zon in zicht was en die energie werd verbruikt tijdens de eclips.
De batterijen waren ontworpen om vijf jaar te werken, maar ze werkten allemaal nog 19 jaar later, toen astronauten ze vervingen door nieuwe, efficiëntere nikkel-waterstofbatterijen. Ondertussen bleef de technologie vliegen op nieuwe missies. “Toen het ruimtestation kwam, voerden we handelsstudies uit over welk energieopslagsysteem het beste te evalueren was,” zei Thomas Miller, een ingenieur bij NASA's Glenn Research Center in Cleveland die al meer dan 40 jaar aan batterijtechnologieën werkt voor het ruimteagentschap. Nikkel-cadmium batterijen en waterstof-zuurstof brandstofcellen werden ook overwogen voor het energiesysteem van het ruimtestation, zei Miller, in een analyse waarin de betrouwbaarheid bij extreme temperaturen, de kosten voor binnenlandse leveranciers, de gereedheid van de technologie en de levensduur werden onderzocht.
“De nikkel-waterstof accu's overtroffen alles,” zei Miller. Zes van hen lanceerden in 2000 en voorzagen het ruimtestation meer dan 18 jaar van energie voordat ze uiteindelijk werden vervangen door lithium-ion batterijen. “De nikkel-waterstofbatterijen waren de primaire energieopslag in combinatie met de oorspronkelijke zonnepanelen,” zei Miller. “Het energiesysteem was zeer robuust. Het was een van de meest betrouwbare subsystemen in het internationale ruimtestation.”
De kosten verlagen
De batterijen zijn zwaar, zoek ze niet in toekomstige auto's of telefoons, maar ze zijn niet langer onbetaalbaar. De belangrijkste verbetering van EnerVenue was het verlagen van de productiekosten. Elke nikkel-waterstofcel bestaat uit een nikkelkathode - de positieve elektrode - en een waterstofkatalytische anode, waarvoor meestal duur platina wordt gebruikt. Het opladen van de batterij genereert waterstof in het onder hoge druk staande vat, dat vervolgens weer wordt opgenomen bij het ontladen. “Je kunt het zien als het opslaan van energie in de vorm van waterstof,” zei Heinemann. EnerVenue Chief Technology Advisor Dr. Yi Cui ontwikkelde een techniek om platina uit deze batterijen te verwijderen, waardoor de kosten drastisch werden verlaagd van een technologie die geavanceerder was geworden in de tientallen jaren dat NASA deze had aangepast aan missies op hoog niveau. Veel van de basis voor EnerVenue's accu's werd gelegd door NASA en beschreven in artikelen gepubliceerd door Glenn, zei Heinemann.
Blijvend voor altijd
Hoewel ze groter en zwaarder zijn dan lithium-ioncellen, bieden de batterijen meer energieopslag per vierkante meter vloeroppervlak dan alternatieven, aldus het bedrijf. Dit komt doordat ze hoger kunnen worden gestapeld zonder brandgevaar, zelfs bij extreme temperaturen. Deze accu's hebben ook geen energieverslindende temperatuurregeling of onderhoud nodig en EnerVenue zegt dat de nikkel-waterstof accu's na 20 jaar nog voor bijna 90% werken. “Het gaat in principe eeuwig mee,” zei Heinemann.
EnerVenue heeft een geautomatiseerde assemblagelijn in Fremont en een veel grotere fabriek in aanbouw in Kentucky. Heinemann zei dat de accu's van het bedrijf “in principe uitverkocht zijn voor de komende vijf jaar”, voornamelijk aan grote nutsbedrijven en duurzame energiecentrales die energie moeten opslaan die wordt opgewekt door intermitterende bronnen zoals zon en wind. En meer dan 20.000 van de batterijen zijn al in gebruik, aangeschaft voor proefprojecten waarbij zowel de eigenaren van de locatie als EnerVenue prestatiegegevens verzamelen. Het bedrijf zegt dat het ongeveer $500 miljoen aan inkooporders heeft, plus nog eens $1,3 miljard aan memoranda van overeenstemming met grote klanten, met een potentiële markt van meer dan $8 miljard alleen al in Noord-Amerika. Het bedrijf haalde 125 miljoen dollar op in een Serie A-financieringsronde die eind 2021 werd afgesloten, en in juni kondigde het aan dat het meer dan de helft van een andere financieringsronde van 515 miljoen dollar had opgehaald.
“Zolang het niet beweegt, hebben we het beste antwoord voor energieopslag,” zei Heinemann, die opmerkte dat de batterijen door hun lange levensduur een revolutie betekenen, hoewel ze door hun omvang en gewicht nog steeds ongeschikt zijn voor auto's en telefoons. Miller van NASA was optimistisch over het gebruik van deze batterijtechnologie op aarde. “Het is een geweldig concept,” zei hij. “Ik ben blij dat ze de productiekosten hebben kunnen verbeteren.”
De accu's van EnerVenue hebben geen energieverslindende temperatuurregeling of onderhoud nodig en kunnen overal
worden opgeslagen, inclusief in het “EnerStation” accustation van het bedrijf, hier afgebeeld - Foto: EnerVenue, Inc.
Bron: NASA
