Zoutbatterij voor thuis

Het opslaan van energie in een zoutbatterij wordt al jaren aangeprezen als duurzaam concept dat kan gaan bijdragen aan de warmtetransitie. Toch zit de productontwikkeling volgens TU/e-promovendus Jelle Houben nu echt in een versnelling. Hij onderzocht hoe materialen verbeterd kunnen worden voor een groter vermogen, en voorzag met spin-off Cellcius recent de eerste woonhuizen van een zoutbatterij om het systeem te testen in de praktijk.

Als het aan werktuigbouwkundige Jelle Houben ligt, hebben we in de nabije toekomst een apparaat ter grootte van een flinke koelkast in huis staan, vol met zouttabletten. De energie die hierin is opgeslagen kan ons huis verwarmen en als de zoutbatterij leeg is kan hij opgeladen worden met gebruik van hernieuwbare energie. Een duurzame oplossing die moet gaan bijdragen om de gebouwde omgeving aardgasvrij te gaan maken.

Patent

Al sinds zijn afstudeerproject werkt Houben aan het toepasbaar maken van de zoutbatterij. Het nieuwe closed-loop systeem dat hij destijds samen met Pim Donkers ontwikkelde en patenteerde is nu daadwerkelijk bij TU/e spin-off Cellcius in verdere ontwikkeling. Voor zijn promotieonderzoek maakte hij een uitstapje naar de faculteit Applied Physics om de chemische reactie in de zoutbatterij te verbeteren. Donderdag 9 maart zal hij zijn proefschrift verdedigen.

Aan de hand van een schematisch plaatje legt Houben uit hoe de zoutbatterij nu precies werkt. “De toevoer van hernieuwbare energie kent pieken en dalen. Om in periodes met bijvoorbeeld weinig wind of zonlicht toch over voldoende energie te beschikken is opslag essentieel. Onze zoutbatterij is een vorm van thermochemische energieopslag, waarbij we twee losse componenten met elkaar laten reageren. In dit geval zijn dat zout en water. Wanneer we waterdamp over het zout heen leiden, neemt het zout de watermoleculen op in zijn kristalrooster. Deze hydratatiereactie levert warmte op die water in een boiler kan opwarmen. Andersom kan warmte worden opgeslagen via de omgekeerde reactie waarbij water uit het zout vrijkomt.”

Betere batterij door doping

Collega’s van Houben vonden al eerder dat voor een betaalbare stabiele zoutbatterij waarmee verliesvrij energie kan worden opgeslagen, het beste kaliumcarbonaat gebruikt kan worden. Om vervolgens de performance van dit zout te verbeteren waardoor de batterij sneller kan op- en ontladen, testte Houben in het lab meerdere technieken. In zijn proefschrift wijdt hij dan ook een flink hoofdstuk aan het beschrijven van al deze verschillende methodes. “Ik vind het heel interessant om op een breed vlak kennis op te doen en ben niet zo zeer een detaillist. Juist door veel te experimenteren, verschillende opstellingen te bouwen en aan te passen en zo nu en dan out of the box te denken hebben we nu een uniek systeem in handen.”

Houben laat zien dat de reactiesnelheid in de zoutbatterij versneld kan worden door het toevoegen van bepaalde additieven, in het vakgebied ook wel doping genoemd. “Cesiumcarbonaat als toevoeging werkt heel effectief maar heeft als nadeel dat het een duur zout is. Daarom hebben we ook verschillende organische zouten getest, zoals kaliumacetaat, die ruim voorradig en goedkoper zijn. De resultaten zijn veelbelovend, op poederniveau zijn we in staat op een stabiele manier de batterij te verbeteren. In het uiteindelijke systeem gebruiken we zouttabletten in een vaste vorm, waardoor er nog wel vervolgonderzoek nodig is.”

Klimaatfonds Bill Gates

Terwijl de ontwikkelingen op fundamenteel niveau doorgaan, zijn ook de eerste praktijkstudies gestart. Zo plaatste de werkgever van Houben – hij werkt al een ruim jaar bij de eerder genoemde TU/e spin-off Cellcius – onlangs in samenwerking met de Eindhovense woningcorporatie Trudo de eerste zoutbatterij in een woonhuis. Deze pilots zijn onderdeel van het EU project Heat-Insyde. “We zijn nu de batterij voor een pilot in Frankrijk aan het opbouwen en daarna volgt een zoutbatterij die naar Polen gaat. Zo willen we ons energieopslagsysteem in verschillende klimaten testen.”

Naast de thuisbatterij is Houben ook bezig met een transporteerbare batterij op wijkniveau. Deze moet een stuk of vijftig woningen van warmte gaan voorzien, waarbij de batterij wekelijks richting de lokale industrie kan om weer opgeladen te worden met behulp van hun restwarmte. “Het testsysteem hebben we werkend en staat op de TU/e-campus. Nu kunnen we gaan opschalen; we zijn we nog op zoek naar een proeflocatie om het systeem uitvoerig in de praktijk te testen. Dit complete plaatje, kennis van zout, het systeem en de daadwerkelijke toepassing is uniek. En dat wordt ook gezien, zo kende het Klimaatfonds opgezet door Bill Gates recent financiering toe voor een jaar lang onderzoek en ontwikkeling van onze zoutbatterij. Heel mooi dat we dit in Eindhoven hebben weten op te zetten en zo ons steentje aan de energietransitie kunnen bijdragen.”

Titel van PhD thesis: Accelerating Thermochemical Energy Storage by Doping.

Bron: Cursor van de TU/e