Een Doorbraak in Energieopslag: Zelfopladerende Supercondensator Stelt Nieuwe Normen voor Energie‑efficiëntie

De eerste week van 2025 zag de aandelen van zonne-energie een mooie rally ervaren terwijl Tesla (TSLA ) zijn recordinstallaties voor energieopslag aankondigde.

In 2024 zette het elektrische automerk, waarvan de energieopslagdivisie residentiële en commerciële batterijen produceert om zonne‑energie op te slaan, 31,5 gigawattuur aan energieopslagproducten in, terwijl bijna 35 % daarvan (11 GWh) alleen in Q4 van 2024 werd verspreid.

Het Chinese batterijproducentbedrijf Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), dat Tesla van batterijcellen voorziet, bracht vorig jaar ook zijn eigen massaproducteerbare energieopslagsysteem genaamd TENER uit. Het systeem heeft een capaciteit van 6,25 MWh en een energiedichtheid van 430 Wh/L, terwijl het een nuldegradatie over vijf jaar behaalt.

Deze grote ontwikkelingen op het gebied van energieopslag zijn van cruciaal belang vanwege de stijgende energievraag. Deze vraag wordt gedreven door de groeiende wereldbevolking, urbanisatie, economische groei en technologische vooruitgang. De wereldwijde elektriciteitsvraag, volgens de IEA, wordt naar verwachting de komende drie jaar sneller toenemen. Deze zal gemiddeld met 3,4 % per jaar groeien tot 2026.

Hier kunnen energieopslagsystemen helpen de stijgende vraag te voldoen door het elektriciteitsnet, de transmissie‑ en distributiesystemen te ondersteunen. Door over te schakelen op opslagmechanismen zorgen netbeheerders voor veerkracht en betrouwbaarheid van het net. Het elimineert bovendien de afhankelijkheid van opties met een hogere CO₂‑voetafdruk.

Dus, wat is energieopslag precies? Wel, het is precies wat het zegt: energie opslaan. De manier waarop dit gebeurt, is dat geproduceerde energie eerst wordt opgevangen en vervolgens wordt opgeslagen voor later gebruik, zodat vraag en aanbod beter op elkaar kunnen worden afgestemd.

Energie komt nu in verschillende vormen: elektrisch, thermisch, kinetisch, chemisch, straling en gravitationeel. Dit betekent dat om energie op te slaan, deze eerst moet worden omgezet in een vorm die daadwerkelijk kan worden opgeslagen totdat ze weer kan worden omgezet naar elektrische energie.

Een oplaadbare batterij is een veelvoorkomend energieopslagapparaat. Deze zit in je telefoon. Deze batterijen slaan chemische energie op die snel wordt omgezet in elektriciteit. Een ander populair en waardevol voorbeeld is de waterkrachtcentrale. Deze benut de energie van stromend water, genereert elektriciteit en slaat deze op in een reservoir.

Fossiele brandstoffen zijn ook energieopslag. Ze bevatten chemische energie van zonlicht, opgeslagen in planten en dieren die miljoenen jaren geleden zijn afgebroken.

Innovatie in Energieopslag

Energie is de hoeksteen van de moderne industriële economie. Het levert tenslotte een essentieel ingrediënt voor bijna alle menselijke activiteiten, van koken, verwarming, verlichting, gezondheid, onderwijs en transport tot voedselproductie, industriële productie en mijnontginning. Aangezien energie zo cruciaal is voor de menselijke beschaving, ligt er veel nadruk op energieopslag.

Thermische energieopslag (TES) is een type dat opslag in vaste stof, vloeistof‑lucht en gesmolten zout omvat. Het unieke voordeel van deze technologie is het loskoppelen van verwarmings‑ en koelingsvraag van directe energieproductie en beschikbaarheid van de levering.

Gecomprimeerde luchtenergieopslag is een andere manier om energie op te slaan; lucht wordt samengeperst in opslagtanks wanneer de elektriciteitsvraag laag is en vrijgegeven wanneer de vraag hoog is.

Waterstofopslag is ondertussen een opkomende technologie voor energieopslag. Recentelijk heeft China zijn grootste geïntegreerde fotovoltaïsche (PV)-waterstofopslagproject in de provincie Jiangsu op het net aangesloten en begonnen met stroomopwekking. Deze offshore faciliteit combineert waterstofproductie, PV‑energieopwekking, tanken en energieopslag. Verwacht wordt dat het de CO₂‑uitstoot jaarlijks met ongeveer 309.400 ton, 1.125,3 ton stikstofoxide en 562,6 ton zwaveldioxide zal verminderen.

Batterijen transformeren de energieopslag. Ze leiden de overgang naar een duurzaam energiesysteem. Ze groeien het snelst in hun sector en domineren de energiesector. En dankzij voortdurende innovatie worden ze slimmer, beter en goedkoper.

In baanbrekend onderzoek van enkele jaren geleden, dat bijna een decennium in ontwikkeling was, hebben wetenschappers van de Chalmers University of Technology en het KTH Royal Institute of Technology in Zweden een structurele batterij ontwikkeld die 10 maal beter is dan in elk eerder experiment. Een structurele batterij is een energieopslagapparaat dat gewicht kan dragen als onderdeel van een constructie.

Voor hun batterij legden wetenschappers een bufferglas ‘stof’ tussen een positieve en negatieve elektrode, vulden deze met een polymeer‑elektrolyt uit de ruimtevaart, en verhardden het vervolgens in de oven, wat resulteerde in een robuuste, platte batterijcel met een energiedichtheid van 24 Wh/kg, een stijfheid van 25 GPa en bestand tegen trekproeven in alle richtingen. Deze “massaloze” structurele batterij wordt voornamelijk gebruikt in elektrische auto’s, maar kan ook worden ingezet in e‑bikes, satellieten, laptops en vliegtuigen.

Momenteel richten onderzoekers zich op het verder verbeteren van de batterij, hoewel commercialisatie nog niet is gerealiseerd.

Om betere oplossingen te creëren, onderzoeken wetenschappers nu zelfopladende energiesystemen. Deze systemen oogsten energie en slaan deze op, waardoor ze zeer nuttig zijn in het volgende technologische tijdperk, dat gekenmerkt zal worden door 5G‑technologie, het Internet of Things (IoT) en kunstmatige intelligentie (AI).

Deze zelfopladende energieopslagapparaten kunnen stabiele, autonome en duurzame energie leveren voor de volgende industriële revolutie.

Tot nu toe zijn er veel pogingen ondernomen om verschillende energie‑oogsttechnologieën te integreren met energieopslagapparaten. Dit omvat zonnecellen, thermoelectrische generatoren, tribo‑elektrische nanogeneratoren (TENG’s) en piezo‑elektrische nanogeneratoren (PENG’s).

In nieuw onderzoek bouwden wetenschappers een hoogpresterend zelfopladend energieopslagapparaat dat efficiënt zonne‑energie kan opslaan.

Het nieuwe apparaat verbetert de prestaties van bestaande supercondensatorapparaten drastisch door gebruik te maken van elektrodematerialen die gebaseerd zijn op overgangsmetalen. De onderzoekers creëerden bovendien een nieuwe energieopslagtechnologie door supercondensatoren te combineren met zonnecellen om hoge prestaties te bereiken.

Klik hier om meer te leren over de toekomst van energieopslag.

Zelfopladende Energieopslagapparaten

Om te voldoen aan de vraag naar volgende‑generatie, hoogcapaciteit energieapparaten die de toenemende wereldwijde energieconsumptie en de groeiende afhankelijkheid van draagbare en slimme elektronische apparaten aanpakken, zijn zelfopladende apparaten naar voren gekomen als een duurzame en zelfstandige stroomvoorzieningsoplossing.

Een dergelijk apparaat dat zonne‑energie oogst en opslaat, is de foto‑supercondensator, die zonnecellen en supercondensatoren combineert. Siliciumzonnecellen zetten zonne‑energie om in elektrische energie, en een supercondensator slaat deze energie op.

In de nieuwste studie, die werd ondersteund door de National Research (NRC ) Foundation of Korea (NRF) subsidie gefinancierd door de Koreaanse regering (MSIT) en door het DGIST R&D‑programma, toonden onderzoekers een nieuw zelfopladend energieopslagapparaat dat siliciumzonnecellen en binaire overgangsmetaal‑supercondensatoren combineert.

Kristallijne silicium fotovoltaïsche (PV) technologie, die de meest gebruikte PV‑technologie is, is volgens ITRPV eigenlijk een veelbelovend hulpmiddel voor hernieuwbare energieopslag, die meldde dat deze technologie goed was voor maar liefst 95 % van de totale 135 GW die in 2022 geïnstalleerd werd.

Ondertussen winnen siliciumgebaseerde zonne‑energiesystemen onder zonne‑energiesystemen veel aan populariteit als een dominante energiebron voor de toekomst. Dit komt door hun hoge vermogensomzettingsrendement, langdurige stabiliteit, overvloedige materialen, niet‑toxisch karakter en gevestigde productietechnologie die schaalbaarheid ondersteunt.

Wat supercondensatoren betreft, worden ze gebruikt als veelbelovende kandidaten om high‑performance apparaten van stroom te voorzien dankzij hun hoge betrouwbaarheid, hoge vermogensdichtheid, lange cyclustijd en korte oplaadtijd.

Zoals de studie opmerkt, zijn zelfopladende condensatoren noodzakelijk vanwege de snelle toename in het gebruik van draagbare elektronische apparaten. Dit heeft geleid tot een behoefte aan een systeem dat op elk moment en overal snel kan worden opgeladen.

Daarnaast is er een groeiende afhankelijkheid van hernieuwbare energiebronnen om het milieu te beschermen en duurzame ontwikkeling te bevorderen. Door zonne‑energie te gebruiken, verminderen zelfopladende systemen de noodzaak voor batterijvervanging terwijl ze een efficiënte energievoorziening mogelijk maken, zelfs in gebieden met beperkte toegang tot elektriciteitsnetten.

Een andere drijvende factor voor zelfopladende condensatoren is het snelle laad‑ en ontlaadvermogen van supercondensatoren, waardoor ze zeer nuttig zijn in noodsituaties of scenario’s waar een hoog stroomverbruik nodig is.

Een Hoogpresterende Zelfopladende Supercondensator

Gezien de behoefte aan zelfopladende condensatoren en hun vele voordelen, heeft het nieuwste onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Energy vorige maand, een zelfopladend apparaat vervaardigd door een supercondensator te combineren met een Si‑zonnecel.

Om de elektroden hiervoor te ontwerpen, gebruikte het onderzoeksteam een nikkel (Ni)‑gebaseerd carbonaat‑ en hydroxide‑composietmateriaal. Vervolgens voegden ze overgangsmetaalionen toe zoals mangaan (Mn), kobalt (Co), koper (Cu), ijzer (Fe) en zink (Zn) om de geleidbaarheid en stabiliteit van de elektroden te maximaliseren.

Deze overgangsmetaalionen stellen het team in staat het probleem van verminderde geleidbaarheid, dat ontstaat bij gebruik van alleen Ni‑ionen, aan te pakken. Het introduceren van deze metaalionen stelde hen in staat binaire verbindingen als elektrodemateriaal te creëren, die een hoge elektrische geleidbaarheid, omkeerbare capaciteit en structurele stabiliteit boden.

Dit heeft de prestaties van de elektrode aanzienlijk verbeterd, met aanzienlijke vooruitgang in energie‑ en vermogensdichtheid en stabiliteit bij het laden en ontladen.

Wat betreft energieopslag per eenheidsgewicht bereikte de studie 35,5 Wh kg⁻¹, wat de waarden (5‑20 Wh kg⁻¹) uit eerdere studies overtreft. Wat de energiestroom per eenheid betreft, is dit 2555,6 W kg⁻¹, wat opnieuw veel hoger ligt dan de 1000 W kg⁻¹ die eerdere studies bereikten.

Met een veel hogere energiedichtheid en vermogensdichtheid toont de nieuwste studie het vermogen om snel hogere vermogens af te geven. Op deze manier kan het asymmetrische supercondensatorapparaat een onmiddellijke energievoorziening mogelijk maken, zelfs voor high‑power apparaten.

Dit is nog niet alles; deze hoge prestaties vertoonden minimale degradatie bij herhaalde laad‑ en ontlaadcycli, waardoor ze ook op de lange termijn geschikt zijn.

Het team combineerde vervolgens dit apparaat met siliciumzonnecellen, waardoor zonne‑energie kan worden opgeslagen en in realtime kan worden benut. Deze combinatie bereikte een energieopslagrendement van maar liefst 63 % terwijl het algemene rendement van het apparaat 5,17 % bedroeg, wat het commercialisatiepotentieel bevestigt en aanzienlijk bijdraagt aan de vooruitgang van energieopslagtechnologie.

“Deze studie is een belangrijke prestatie, aangezien het de ontwikkeling markeert van Korea’s eerste zelfopladende energieopslagapparaat dat supercondensatoren combineert met zonnecellen.”

– Jeongmin Kim, Senior Researcher bij de Nanotechnologie‑afdeling van DGIST

Kim merkte verder op dat door gebruik te maken van op overgangsmetalen gebaseerde composietmaterialen, ze de beperkingen van energieopslagapparaten hebben overwonnen en een duurzame energieoplossing hebben gecreëerd.

Maar dat is niet het einde van de studie, zoals Damin Lee, een onderzoeker aan het RLRC van de Kyungpook National University, stelde:

“We zullen vervolgonderzoek blijven uitvoeren om de efficiëntie van het zelfopladende apparaat verder te verbeteren en het commercialisatiepotentieel te vergroten.”

Bedrijven die actief zijn in gerelateerde velden

Laten we nu een paar bedrijven bekijken die energieopslagoplossingen leveren en verder ontwikkelen.

1. Tesla (TSLA )

Deze fabrikant van elektrische voertuigen is ook sterk betrokken bij de markt voor energieopslag. Zijn energieproducten omvatten de Powerwall en Megapack, die geavanceerde energieopslagoplossingen integreren.

Met een marktkapitalisatie van $1,318 biljoen is Tesla het achtste grootste bedrijf ter wereld, terwijl zijn CEO Elon Musk, die ook betrokken is bij X (voorheen Twitter), SpaceX (SPCX ), Neuralink en The Boring Company, de rijkste man ter wereld is met een nettowaarde van $437 miljard.

Op het moment van schrijven wordt Tesla’s aandeel verhandeld tegen $412,82, een stijging van 1,63 % dit jaar. Deze groene start van 2025 voor de aandelen van het bedrijf volgt op een schitterend 2024, waarin de aandelen ongeveer 67 % in waarde stegen.

Interessant genoeg heeft een groot deel van Tesla’s winst zich in de laatste twee maanden van het jaar voorgedaan, waarbij de prijs met 75 % steeg na de overwinning van president‑elect Donald Trump in de Amerikaanse presidentsverkiezingen van 2025. Musk was feitelijk de grootste donor van de verkiezingscyclus, met een uitgave van minstens $277 miljoen om Trump en andere Republikeinse kandidaten te steunen.

Met de aantreden van Trump later deze maand zullen er zeker positieve ontwikkelingen voor Tesla volgen. Zelfs daarvoor meldde het bedrijf een productie van ongeveer 459.000 voertuigen en een levering van meer dan 495.000 eenheden in Q4 2024. Hierdoor bedraagt Tesla’s totale productie voor 2024 1.773.443 voertuigen, terwijl de leveringen 1.789.226 eenheden bereikten. Het bedrijf kreeg echter te maken met toenemende concurrentie van de Chinese gigant BYD en Amerikaanse traditionele autofabrikanten zoals Ford.

De volledige financiële resultaten van Q4 2024, inclusief nettowinst en cashflow, zullen door Tesla worden aangekondigd op 29 januari 2025. In het voorgaande kwartaal rapporteerde het bedrijf een omzet van $25,18 miljard en een nettowinst van $2,17 miljard. In die periode steeg Tesla’s autoverkoop met 2 % tot $20 miljard ten opzichte van Q3 2023, terwijl de omzet uit energieopwekking en -opslag met 52 % toenam tot $2,38 miljard.

De energieopslaginstallaties in Q4 hebben ondertussen een nieuw record bereikt van 11,0 GWh en een ongekende 31,4 GWh voor het hele jaar. Ter vergelijking: Tesla zette het jaar daarvoor 14,7 GWh aan energieopslag in, wat het dubbele was van de cijfers uit 2022. Ook in 2020 bedroegen Tesla’s energieopslaginstallaties slechts 3,0 GWh, wat wijst op een tienvoudige toename van de opslagcapaciteit van het bedrijf in slechts vier jaar.

Deze cijfers kwamen op het moment dat Tesla’s gigafabriek in Shanghai deze week met proefproductie begon, waarbij massaproductie begin dit jaar wordt verwacht.

2. Enphase Energy

Het wereldwijde energietechnologiebedrijf, dat actief zijn marktbereik zowel nationaal als internationaal uitbreidt, is gespecialiseerd in oplossingen voor zonne‑energie. Dit omvat micro‑omvormers die zonne‑energie omzetten in elektriciteit, en energieopslagsystemen voor residentiële en commerciële toepassingen.

Met een marktkapitalisatie van $9,74 miljard worden ENPH‑aandelen momenteel verhandeld tegen $72,15, al meer dan 5 % gestegen dit jaar. Deze winsten volgen op een teleurstellend 2024, waarin de aandelen meer dan 46 % daalden. Het hoogtepunt van ENPH was in december 2022, toen de aandelenkoers $339 bereikte. Enphase Energy (ENPH ) heeft een EPS (TTM) van 0,44 en een P/E (TTM) van 164,01.

Voor Q3 2024 rapporteerde het bedrijf een omzet van $380,9 miljoen. Per regio steeg de omzet in de VS met 43 % ten opzichte van het vorige kwartaal doordat de voorraden weer op normaal niveau kwamen, terwijl de omzet in Europa met 15 % daalde door een verdere afname van de vraag. Enphase verzond in dit kwartaal in totaal 1.731.768 micro‑omvormers, wat overeenkomt met 730 megawatt DC en 172,9 megawattuur aan IQ®‑batterijen.

Voor Q4 schat Enphase Energy de omzet tussen $360 miljoen en $400 miljoen en de verzendingen van 140 tot 160 MWh aan IQ‑batterijen. Het netto IRA‑voordeel wordt ondertussen verwacht tussen $38 miljoen en $41 miljoen te liggen.

De Inflation Reduction Act (IRA) werd geïntroduceerd onder de Biden‑administratie met bipartisane steun. Het pakket van $369 miljard, dat in 2022 tot wet werd gemaakt, bood stimulansen voor hernieuwbare energie via belastingkredieten, subsidies en investeringen. Dit is een keerpunt geweest voor de sector van hernieuwbare energie.

Aan het einde van Q3 beschikte Enphase Energy over $1,77 miljard aan contanten, kasequivalenten en verhandelbare effecten, terwijl de vrije kasstroom $161,6 miljoen bedroeg. Het bedrijf genereerde ondertussen $170,1 miljoen aan operationele kasstroom.

Gedurende deze periode lanceerde het ook AI‑gebaseerde software om het begrip van consumenten over energieverbruik te verbeteren en hen te helpen hun besparingen te maximaliseren in de steeds complexere energietarievenmarkt door zonne‑ en verbruiksinschatting te integreren met elektriciteitstarieven.

Conclusie

Met de wereldwijde energievraag die aanzienlijk blijft stijgen, sneller dan ooit tevoren, door intense hittegolven, robuuste economische groei en uiteraard de toenemende adoptie van technologieën zoals elektrische voertuigen (EV’s) en AI, is er behoefte aan energieopslagoplossingen die kunnen helpen aan deze vraag te voldoen.

Hier vertegenwoordigt de ontwikkeling van hoogpresterende zelfopladende energieopslagapparaten een belangrijke stap in de vooruitgang van energieopslagtechnologie en het voldoen aan de wereldwijde energievraag. Hoewel ze nog niet gecommercialiseerd zijn, kunnen innovaties zoals deze bijdragen aan een stabiele en betrouwbare energievoorziening en een enorm potentieel ontsluiten voor de integratie van hernieuwbare energie!

Klik hier voor een lijst van topbatterijaandelen.