Energie
Lithium-CO₂ Batterijdoorbraak Vangt Koolstof Terwijl Apparaten Van Energie Voorziet
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
Onderzoekers van de University of Surrey hebben een experimentele lithium-CO₂-batterij onderzocht met een nieuwe katalysator. In dit type cel reageert kooldioxide tijdens het ontladen met lithium; bij het opladen moeten de reactieproducten weer worden afgebroken. Het onderzoek laat zien hoe die omkeerbare reactie efficiënter kan worden gemaakt. Het bewijst niet dat een commerciële batterij nu al CO₂ uit de buitenlucht verwijdert of klimaatneutraal is.
Waarom nieuwe batterijchemieën worden onderzocht
Lithium-ionbatterijen worden gebruikt in telefoons, elektrische auto’s en energieopslag. Ze hebben een volwassen productieketen en kunnen vele laadcycli doorstaan, maar vereisen grondstoffen, energie en een goede inzameling aan het einde van hun levensduur. Bij beschadiging of verkeerd gebruik kan thermische ontregeling optreden. Dat is een veiligheidsrisico dat per celchemie en ontwerp verschilt.
De oorspronkelijke tekst stelde dat gewone lithium-ionbatterijen platina en zeldzame aardmetalen nodig hebben. Dat is onjuist als algemene beschrijving. Gebruikelijke lithium-ionchemieën verschillen van elkaar en zijn niet standaard afhankelijk van platina of zeldzame aardmetalen. Een lithium-CO₂-cel bevat bovendien nog steeds lithium en is niet automatisch goedkoper of milieuvriendelijker.
Wat is overpotentiaal?
Overpotentiaal is het extra spanningsverschil dat nodig is om een elektrochemische reactie met een bruikbare snelheid te laten verlopen. Bij lithium-CO₂-batterijen vormt zich tijdens ontladen onder meer lithiumcarbonaat. Het weer afbreken daarvan bij opladen kost relatief veel energie. Een geschikte katalysator kan de omkeerbaarheid verbeteren en de overpotentiaal verlagen.
Het onderzoek van de University of Surrey
De studie in Advanced Science onderzoekt cesiumfosfomolybdaat, afgekort CPM, als katalysator op de positieve elektrode van een oplaadbare lithium-CO₂-cel. CPM heeft een structuur van het Keggin-type, met veel elektrochemisch actieve plaatsen, een zuurstofrijk oppervlak en poriën die de reactie van CO₂ en lithiumionen kunnen ondersteunen. De onderzoekers maakten de katalysator met een relatief eenvoudige methode en testten de eigenschappen ervan in laboratoriumcellen.
Om samenstelling en werkingsmechanisme te onderzoeken, combineerde het team elektrochemische metingen met berekeningen op basis van dichtheidsfunctionaaltheorie. Poeder-röntgendiffractie hielp de kristalstructuur vaststellen; infraroodspectroscopie, röntgenfoto-elektronspectroscopie en thermogravimetrie leverden aanvullende informatie over chemische bindingen, het oppervlak en de stabiliteit. Deze methoden onderbouwen de beschrijving van de katalysator, maar zijn geen test van de kosten of levensduur van een volledig commercieel batterijpakket.
CPM en de omkeerbare reactie
De poriën en actieve plaatsen van CPM kunnen de opname en afgifte van CO₂ tijdens de celreactie vergemakkelijken. Het materiaal ondersteunt zowel de reductie bij ontladen als de tegengestelde reactie bij opladen. De aandacht gaat vooral uit naar het hardnekkige lithiumcarbonaat dat anders de elektrode kan blokkeren en het opladen bemoeilijkt. Dat CPM in deze proef nuttig is, betekent nog niet dat alle problemen rond elektrolyt, lithiumanode en grootschalige productie zijn opgelost.
Meetresultaten van de lithium-CO₂-cel
Bij een stroom van 50 mA per gram rapporteerden de onderzoekers een ontlaadcapaciteit van 15.440 mAh per gram, een coulombisch rendement van 97,3 % en een overpotentiaal van 0,67 volt. De specifieke capaciteit is berekend volgens de massa en voorwaarden van het laboratoriumexperiment. Zij mag niet rechtstreeks worden vergeleken met de energie-inhoud per kilogram van een complete lithium-ionbatterij, waarin ook behuizing, elektrolyt en andere onderdelen meetellen.
Met een begrensde capaciteit van 500 mAh per gram bleef de cel bij 50 mA per gram iets meer dan 100 cycli werken; de onderzoekers melden 107 cycli in de uitgebreide beschrijving. De oorspronkelijke Engelse tekst sprak ten onrechte over duizenden cycli en jaren dagelijks gebruik. Zulke prestaties zijn in deze studie niet aangetoond. Ook de veiligheid van een volledig batterijpakket is niet getest.
Mogelijke voordelen en open vragen
Het onderzoek laat zien dat CPM de reacties in deze lithium-CO₂-cel kan versnellen en de benodigde laadspanning kan verlagen ten opzichte van verschillende eerder onderzochte katalysatoren. De relatief eenvoudige synthese maakt verder onderzoek aantrekkelijk. Of de cel uiteindelijk goedkoper, schaalbaar of duurzamer is dan bestaande batterijen, vraagt afzonderlijke studies naar materiaalverbruik, prestaties bij realistische belasting, veiligheid en levenscyclus.
Het gebruik van CO₂ als reactiegas is geen bewijs van permanente koolstofopslag. Bij opladen kan het gas weer vrijkomen; de volledige koolstofbalans hangt bovendien af van gasbron, elektriciteitsmix en productieketen. De cel neemt in de proef niet aantoonbaar CO₂ rechtstreeks uit gewone buitenlucht op. Claims over schonere lucht, netto-nuluitstoot of het op grote schaal afvangen van broeikasgas gaan daarom verder dan de publicatie.
De katalysator vermijdt bepaalde dure edelmetaalkatalysatoren, maar een lithium-CO₂-batterij blijft afhankelijk van lithium en andere materialen. Cesium en molybdeen hebben ook eigen winning en leveringsketens. De uitspraak dat het ontwerp geen ‘zeldzame aardmetalen’ bevat, zegt op zichzelf weinig over kosten, beschikbaarheid of milieueffecten.
Van laboratorium naar toepassing
Een systeem op basis van lithium en CO₂ zou theoretisch interessant kunnen zijn voor energieopslag in een gecontroleerde omgeving. De oorspronkelijke tekst noemde consumentenelektronica, elektrische auto’s en zelfs Mars als toepassingsgebieden. De laboratoriumgegevens tonen daarvoor nog geen geschikte levensduur, vermogen, veiligheid of systeemontwerp aan. Ook een geschatte marktintroductie over vijf jaar wordt niet door de studie onderbouwd.
De onderzoeksgroep wil de katalysator, elektroden en elektrolyt verder bestuderen. Voor een praktische batterij moeten de reactieproducten gedurende veel meer cycli betrouwbaar worden gevormd en afgebroken, onder uiteenlopende omstandigheden en met een aanvaardbare totale kostprijs.
Investeren in de batterijsector
Solid Power (SLDP )
Solid Power ontwikkelt vaste elektrolyten op basis van sulfiden en werkt aan volledig vaste-stofbatterijen. Dat is een andere batterijchemie dan de lithium-CO₂-cel van de University of Surrey. Een verband tussen het Surrey-onderzoek en een toekomstig product van Solid Power is niet aangetoond. Samenwerkingen en proefprojecten van het bedrijf kunnen relevant zijn voor de bredere batterijsector, maar zijn geen aanwijzing dat CPM in zijn producten zal worden toegepast.
SLDP Prijsgrafiek
De koers van een batterijbedrijf kan sterk schommelen. De eerdere voorspelling dat deze studie de waarde van SLDP-aandelen ‘binnen enkele weken’ zou kunnen verhogen, was speculatief en is verwijderd.
Laatste nieuws over Solid Power (SLDP)
Wat de proef werkelijk aantoont
De CPM-katalysator gaf in een experimentele lithium-CO₂-cel een lage overpotentiaal en ruim 100 gecontroleerde cycli. Dat is een nuttige stap in het onderzoek naar omkeerbare CO₂-reacties. De stap naar een veilige, betaalbare en klimaatgunstige batterij voor dagelijks gebruik moet nog worden aangetoond.
Lees meer over ontwikkelingen in energieopslag.
Onderzoek
Masoudi, M. e.a., „Ultralow Overpotential in Rechargeable Li–CO₂ Batteries Enabled by Caesium Phosphomolybdate as an Effective Redox Catalyst”, Advanced Science 12(17), 2502553 (2025). doi:10.1002/advs.202502553.
