Zal de vraag naar lithium kelderen met nieuwe natrium‑ionbatterijen?

Voorbij Lithium‑Ion gaan

Batterijen zijn geleidelijk de belangrijkste technologische innovatie van het decennium geworden, op dezelfde manier waarop de vorige decennia werden gevormd door de opkomst van de pc of het internet.

Dit komt doordat vooruitgang in batterijtechnologie niet alleen de EV‑revolutie aandrijft, maar ook de cruciale beperking vormt voor het verduurzamen van het elektriciteitsnet, vanwege de intermitterende aard van hernieuwbare energie.

Ultradichte en/of goedkope batterijen zullen ook cruciaal zijn om energie‑intensieve sectoren van de economie te elektrificeren en te decarboniseren, zoals de zware industrie (chemicaliën, metallurgie, productie) en transport (vrachtwagens, schepen, vliegtuigen).

Tot nu toe is dit bereikt met varianten van lithiumbatterijen, namelijk lithium‑ion (lithium‑nikkel‑mangaan NMC & lithium‑nikkel‑kobalt‑aluminium NCA) of lithium‑ijzer‑fosfaat (LFP) batterijen. Het was een transformerende technologie die terecht zijn uitvinders de Nobelprijs voor Scheikunde 2019 opleverde (volg de link voor de geschiedenis van de uitvinding van lithium‑ion).

Tot nu toe werd verwacht dat deze batterijen de batterijenmarkt zouden blijven domineren, dankzij hun extreem hoge energiedichtheid.

Bron: S&P Global

Later worden solid‑state batterijen beschouwd als een mogelijke volgende stap om de dichtheid van batterijen verder te verhogen en bovendien veel lithium te gebruiken, zie “5 Best Solid‑State Battery Stocks to Watch or Buy”.

Lithium is echter niet het enige ion dat in batterijen kan worden gebruikt. Veel overvloediger en goedkoper natrium, de basis van keukenzout, is eveneens een kandidaat.

Het probleem is dat natrium‑ionbatterijen tot nu toe een lagere energiedichtheid hebben, waardoor ze worden gereserveerd voor goedkope/laag bereik EV’s of stationaire batterijen op nutschaal.

Dit kan veranderen dankzij de uitvinding van natrium‑ionbatterijen met een TAQ‑kathode. Dit was het werk van onderzoekers van MIT en Brookhaven National Laboratory, die hun resultaten publiceerden in het Journal of the American Chemical Society, onder de titel “High‑Energy, High‑Power Sodium‑Ion Batteries from a Layered Organic Cathode”¹.

Bron: Princeton University

TAQ‑kathode

We meldden eerder over de TAQ‑kathode in “Designing a Better Battery – Out with Cobalt and In with…TAQ?”. TAQ, of bis‑tetraaminobenzoquinone, is een gelaagde organische vaste verbinding.

In dit onderzoek uit 2024 ontdekten de onderzoekers dat TAQ niet alleen potentieel had als supercondensator‑materiaal, maar ook beter presteerde dan traditionele lithiumkathodes.

Bron: GreenCarCongress

Ze ontdekten hoe de hechting van TAQ aan de roestvrijstalen stroomgeleider van de kathode kon worden verbeterd, waardoor de stabiliteit van het nieuwe proof‑of‑concept kathode‑prototype werd vergroot.

Door cellulose‑ en rubberhoudende materialen aan de TAQ toe te voegen, behaalden ze veilig meer dan 2.000 laad‑ontlaadcycli. De energiedichtheid was ook hoger dan bij kobalt‑gebaseerde kathodes, en het opladen duurde minder dan 6 minuten.

In 2024 vermeldden we het potentieel voor andere batterijchemie om TAQ ook te gebruiken:

Het is ook de moeite waard op te merken dat organische kathodes ook voor andere soorten batterijen zijn besproken, bijvoorbeeld voor aluminium‑ion, natrium/kalium‑ion, zink, of calcium‑gebaseerde dual‑ion batterijen. Dus het is mogelijk dat de ontdekking van de eigenschappen van TAQ kan worden toegepast op andere batterijtypes dan lithium‑ion.

En precies dat deed het onderzoeksteam, door een natrium‑ionbatterij met ultra‑hoge energiedichtheid te creëren.

TAQ natrium‑ionbatterij

Waarom natrium?

De reden waarom de onderzoekers natrium kozen voor de volgende stap van hun onderzoek is hoe overvloedig het materiaal is.

“Het is altijd beter om een gediversifieerde portefeuille voor deze materialen te hebben. Natrium is letterlijk overal. Voor ons is het nastreven van batterijen die gemaakt zijn met echt overvloedige bronnen zoals organisch materiaal en zeewater een van onze grootste onderzoeksdromen.

Vooroplopen in de ontwikkeling van een echt duurzame en kosteneffectieve natrium‑ionkathode of batterij is echt opwindend.”

Mircea Dincă – Professor of Chemistry at MIT.

Er is ook een zakelijke reden, aangezien deze studie, evenals de initiële studie over TAQ uit 2024, gefinancierd is door Automobili Lamborghini S.p.A. Goedkopere materialen en batterijtechnologie die niet afhankelijk is van een door China gedomineerde toeleveringsketen, kunnen een redder zijn voor een enigszins worstelende Europese auto‑industrie, die achterloopt op het gebied van elektrificatie.

TAQ‑kathode aanpassen aan natrium‑batterijen

Om het met natrium te laten werken, moesten de onderzoekers hun ontwerp aanpassen aan de eisen van natrium‑ionbatterijen.

Een uitdaging was het creëren van een homogeen elektrode dat zowel TAQ als koolstof bevat.

“De bindmiddel die we kozen, koolstofnanobuizen, vergemakkelijkt het mengen van TAQ‑kristallen en koolstofzwarte deeltjes, wat leidt tot een homogeen elektrode. De koolstofnanobuizen wikkelen zich nauw rond TAQ‑kristallen en verbinden ze.

Beide factoren bevorderen het elektronentransport binnen het elektrode‑bulk, waardoor bijna 100 % van het actieve materiaal wordt benut, wat leidt tot bijna de theoretisch maximale capaciteit.”

Dr. Tianyang Chen – MIT‑onderzoeker

Bron: Princeton University

Hoge prestaties

Deze extreem hoge capaciteit die op een prototype is bereikt, kan snel worden omgezet in zeer efficiënte batterijen, vooral wat betreft oplaadtijd, een reguliere beperking van EV’s, en klachten van consumenten.

“Het gebruik van koolstofnanobuizen verbetert de rijsnelheids‑prestaties van de batterij aanzienlijk, wat betekent dat de batterij dezelfde hoeveelheid energie kan opslaan binnen een veel kortere oplaadtijd, of veel meer energie kan opslaan binnen dezelfde oplaadtijd.”

Dr. Tianyang Chen – MIT‑onderzoeker

Dit werd bereikt terwijl de voordelen van TAQ behouden bleven, namelijk stabiliteit tegen lucht en vocht, lange levensduur, het vermogen om hoge temperaturen te weerstaan, en milieuduurzaamheid.

Het eindproduct had een kathode‑energiedichtheid van 472 Wh/kg elektrode bij een oplaad‑/ontlaadtijd van 90 s en een topspecifiek vermogen van 31,6 kW/kg elektrode.

Ter referentie is dit enigszins vergelijkbaar met de dichtheid van commerciële Ni/Co‑gebaseerde gelaagde kathodes (≈740 Wh/kg‑kathode) verwezen in een wetenschappelijke publicatie uit 2024.

Toekomstige ontwikkelingen en commercieel potentieel

Over het algemeen is het waarschijnlijk dat high‑end lithium‑ion- en later solid‑state batterijen de high‑end EV‑markt blijven domineren.

Voor prijsgevoeligere segmenten zoals low‑ en mid‑range EV’s, commerciële vrachtwagens, nutsopslag, enz., zullen echter andere factoren waarschijnlijk belangrijker zijn, zoals totale kosten, beschikbaarheid van grondstoffen, duurzaamheid, enz.

Dit zou een plafond kunnen stellen aan de lithiumvraag, aangezien natrium steeds meer vorm krijgt als een levensvatbaar alternatief, dankzij innovatieve kathodematerialen zoals TAQ.

Andere verbeteringen kunnen ook bijdragen, bijvoorbeeld het volledig wegnemen van de noodzaak voor een anode (het andere uiteinde van de batterij), zoals we in juli 2024 bespraken in “Anode‑Free Sodium Solid‑State Batteries Could Reduce Reliance on the ‘Lithium Triangle’’.”

Bron: University Of Chicago

Dit is nog niet getest en zal waarschijnlijk enige aanpassingen vereisen, maar we kunnen ons gemakkelijk voorstellen dat op de lange termijn de meeste EV’s en commerciële vrachtwagens geen enorme batterijen met een bereik van 1.000‑2.000 mijl nodig zullen hebben die de best mogelijke solid‑state lithiumbatterij gebruiken.

In plaats daarvan zal een toekomstige anode‑vrije, TAQ‑kathode natrium‑batterij, mogelijk solid‑state, mogelijk natrium‑ion, voldoende zijn om een bereikcapaciteit van 400‑600 mijl te bereiken tegen een betere prijs.

Naast innovatie in chemie kan structureel ontwerp batterijen ook verbeteren, zoals de honingraatstructuur die wordt gebruikt in de “condensed state” batterij van CATL, de grootste batterijproducent ter wereld. Misschien kan zo’n idee ook worden toegepast op natrium‑ionbatterijen. (zie meer informatie in “CATL (300750.SZ): The Battery Juggernaut”).

Investeren in geavanceerde batterijtechnologieën

Batterijen staan centraal in de trend van elektrificatie, zelf een enorme multi‑triljoen‑dollar onderneming die erop gericht is fossiele brandstoffen uit onze energiebronnen te verwijderen.

U kunt investeren in batterijgerelateerde bedrijven via vele brokers, en u kunt hier, op securities.io, onze aanbevelingen vinden voor de beste brokers in de VS, Canada, Australië, het VK, en in vele andere landen.

Als u niet geïnteresseerd bent in het selecteren van specifieke batterijbedrijven, kunt u ook kijken naar batterij‑ETF’s zoals Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT), of de WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, die een meer gediversifieerde blootstelling bieden om te profiteren van de groeiende batterijindustrie.

Organische Kathode Company

Volkswagen AG

Het onderzoek van Prof. Mircea Dincă naar de TAQ‑kathode, zowel in 2024 (lithium‑ion) als 2025 (natrium‑ion), werd gefinancierd door Automobili Lamborghini S.p.A., een dochteronderneming van Audi, die zelf eigendom is van de Volkswagen Group.

Er is een octrooiaanvraag ingediend voor de organische kathodetechnologie.

De Duitse autofabrikant is de op één na grootste autoproducerende onderneming ter wereld, na alleen Toyota. Het bedrijf lag een tijd achter op het gebied van EV‑technologie, maar heeft sindsdien hard gewerkt om in te halen, met name met de ID‑autoserie en meerdere hybride modellen.

Bron: Volkswagen

De samenwerking met de MIT‑onderzoekers is slechts één van de vele, met andere partnerschappen over EV’s waaronder:

• Een investering van $700 M in het Chinese Xpeng om de EV‑verkopen in China te stimuleren.
• Een partnerschap met Chinese SAIC Motor om EV‑platforms aan Volkswagen te leveren.
• Een partnerschap met Jetta Motor voor het verwerven van EV‑technologie.
• Een samenwerking van $492 M met Magna om het iconische Scout‑merk als een EV te revitaliseren.

Scout cars – Bron: Volkswagen

Met zijn ambitieuze plannen met betrekking tot EV’s en toegang tot geavanceerde EV‑technologie van toonaangevende Chinese bedrijven, staat Volkswagen in een goede positie om de gepatenteerde organische kathodetechnologie van MIT te bekijken en te werken aan grootschalige implementatie in zijn toekomstige EV’s.

Het kan echter, intussen, eerst de focus leggen op hybrides en ICE‑auto’s langer behouden dan oorspronkelijk gepland om “flexibiliteit te behouden”.

U kunt meer lezen over Volkswagen en zijn EV‑strategie, inclusief het oplossen van softwareproblemen via een deal met Rivian, en de unificatie van EV‑architectuur binnen de Volkswagen Group en haar merken in “Volkswagen Closing German Factory? What’s Next for the Troubled Automaker?”.

Studieverwijzing:

^{1. Chen, T., Wang, J., Tan, B., Zhang, K. J., Banda, H., Zhang, Y., Kim, D.-H., & Dincă, M. (2025). High‑energy, high‑power sodium‑ion batteries from a layered organic cathode. Journal of the American Chemical Society, 147(7), 6181–6192. https://doi.org/10.1021/jacs.4c17713}