Batterijen moeten lang presteren, maar ook lang meegaan

Prof. dr. Maitane Berecibar leidt het Battery Innovation Centre aan het Electromobility Research Centre (MOBI) van de Vrije Universiteit Brussel. Daar worden batterijen niet bestudeerd als geïsoleerde onderdelen, maar als complexe systemen met een volledige levenscyclus. Van vroege prototyping tot hergebruik en recyclage: haar onderzoek bestrijkt vrijwel elke stap in de batterijwaardeketen. Door geavanceerde experimentele infrastructuur te combineren met digitale modellering en machine learning, pakt haar team een van Europa’s belangrijkste technologische uitdagingen aan: batterijtechnologieën ontwikkelen die niet alleen uitstekende prestaties leveren, maar ook veilig, schaalbaar en duurzaam zijn. 

“In de praktijk”, licht Berecibar toe, “beginnen we helemaal aan het begin, met kleine knoopcelprototypes, om te onderzoeken hoe toekomstige batterijtechnologieën eruit zouden kunnen zien.” 

Die vroege prototypes laten haar groep toe om nieuwe technologieën te verkennen, zoals solid-state- en natrium-ionbatterijen. Maar voor Berecibar is veelbelovende chemie slechts de eerste stap. “Productie is een cruciale uitdaging voor Europa,” legt ze uit. “Je kunt uitstekende resultaten behalen in een knoopcel, maar dat betekent nog niet dat je die technologie ook betrouwbaar kunt produceren.” 

Daarom werkt haar team aan opschaling: de overgang van kleine laboratoriumcellen naar grotere formaten, zoals zogenoemde pouch-cellen. “Die overgang is niet vanzelfsprekend,” zegt ze. “Inzicht krijgen in hoe productiekeuzes prestaties, veiligheid en levensduur beïnvloeden, is essentieel als we deze technologieën uit het labo willen halen.” 

Een tweede belangrijke onderzoekslijn focust op geavanceerde sensoren die op het niveau van individuele batterijcellen worden geïntegreerd. “In een elektrisch voertuig kan een batterijpakket meer dan 8.000 cellen bevatten,” merkt Berecibar op. “We meten vooral spanning, stroom en temperatuur. Al de rest leiden we af via modellen.” 

Sensoren veranderen dat fundamenteel omdat ze rechtstreeks inzicht geven in wat er tijdens gebruik binnenin een cel gebeurt. “Ze laten ons toe om vroege tekenen van degradatie of falen te detecteren,” zegt ze. “Die kennis is cruciaal als je de levensduur van batterijen wilt verlengen of hun veiligheid wilt verbeteren.” 

Dit onderzoek sluit aan bij een van de meest vooruitstrevende thema’s in het labo: zelfherstellende batterijen. “Als sensoren aangeven dat er microscheurtjes of andere schade ontstaan, kunnen zelfherstellende materialen ingrijpen,” legt Berecibar uit. “Dat is geen technologie die je morgen al op de weg zult zien, maar de combinatie van sensoren, zelfherstellende mechanismen en controlesystemen kan batterijen zowel veiliger als duurzamer maken.” 

Naast de batterijcel zelf bestudeert haar groep hoe batterijen zich gedragen in reële toepassingen. “We werken aan batterijen voor elektrische voertuigen, drones, boten en stationaire opslag,” zegt Berecibar. Zowel zelf ontwikkelde prototypes als commerciële cellen worden getest om modellen op te bouwen voor prestaties, veiligheid en levensduur, inclusief thermisch beheer en netintegratie. 

Een domein dat de voorbije jaren sterk aan belang won, is het zogenoemde ‘second life’: het hergebruik van batterijen die niet langer geschikt zijn voor voertuigen. “Wanneer een batterij uit een elektrisch voertuig wordt afgeschreven bij ongeveer 80% capaciteit, heeft ze nog altijd een aanzienlijke waarde,” zegt ze. “Ze kan bijvoorbeeld worden ingezet voor stationaire toepassingen, in huishoudens of lokale energienetten.” 

Dat tweede leven vergt wel een zorgvuldige evaluatie. “Je moet begrijpen hoeveel levensduur er nog over is en hoe de veiligheid evolueert,” voegt ze toe. “Er is scepsis, maar vanuit duurzaamheidsoogpunt moet deze aanpak gewoon deel uitmaken van de oplossing.” 

Over al deze onderzoekslijnen heen spelen digitalisering en machine learning een steeds grotere rol. “We combineren hoogwaardige experimentele data met digitale tools,” legt Berecibar uit. “Soms extrapoleren we op basis van laboresultaten, soms verkennen we digitaal welke materialen of ontwerpen het waard zijn om als volgende te testen.” 

Die hybride aanpak helpt om inzichten uit het labo efficiënter te vertalen naar nieuwe toepassingen. “Je kunt onmogelijk elk scenario experimenteel testen,” zegt ze. “Digitale tools helpen ons om slimmere en snellere beslissingen te nemen.” 

Het Battery Innovation Centre, gevestigd op de VUB-campus in Etterbeek, telt een twintigtal onderzoekers, waaronder doctoraatsstudenten, ervaren wetenschappers en ondersteunend personeel. “Met veel Europese, nationale en industriële projecten tegelijk is coördinatie essentieel,” merkt Berecibar op. 

Een recente mijlpaal was de Francqui-prijs, die grote investeringen in nieuwe apparatuur mogelijk maakte en de deur opende naar onderzoek rond batterijenrecyclage. “Recyclage is een van de grote vragen waar Europa voor staat,” zegt ze. “We werken al rond prestaties en tweede leven, dus de stap naar recyclage is een logische volgende stap.” 

Vooruitkijkend ziet Berecibar duurzaamheid als de centrale uitdaging van het komende decennium. “De batterijen die we vandaag hebben, zijn al behoorlijk veilig,” zegt ze. “De grootste kloof die we nog moeten dichten, is duurzaamheid: langere levensduren, minder kritieke materialen en betere recyclage.” 

Ze benadrukt dat geen enkele batterijtechnologie geschikt is voor alle toepassingen. “We hebben een portfolio nodig,” zegt ze. “Oplossingen met hoge energiedichtheid voor mobiliteit, maar andere chemische samenstellingen — zoals natrium-ion — voor stationaire opslag. Elke toepassing vraagt haar eigen evenwicht.” 

Gevraagd naar haar belangrijkste doorbraken, wijst ze op twee domeinen. “Het werk rond sensoren en zelfherstellende batterijen, waarin we in Europa echt pionieren, en het onderzoek naar tweede leven,” zegt ze. “Veel mensen twijfelen aan dat laatste, maar omwille van duurzaamheid móét het gebeuren.” 

Haar recente opname in de lijst van de 1% meest geciteerde onderzoekers ter wereld kwam voor haar onverwacht. “Het voelt niet als een persoonlijke prestatie,” zegt ze glimlachend. “Het weerspiegelt de sterkte van het team.” 

Tot slot benadrukt Berecibar het belang van meer vrouwen in ingenieurswetenschappen en batterijonderzoek. “In de chemie verbetert de balans, maar in toepassingsgerichte ingenieursdomeinen blijven de cijfers laag,” zegt ze. “Excellentie is altijd het criterium, maar we moeten er ook voor zorgen dat mensen zich welkom voelen om het veld te betreden.”