Stel je voor: een batterij die je in enkele seconden oplaadt, meer dan dertig jaar meegaat, en waarbij runderen de sleutelcomponenten leveren. Klinkt als een malle uitvinding uit een of andere fictieserie op tv, maar toch is dit wetenschap die in alle ernst wordt onderzocht.
Onderzoekers van de University of California in Los Angeles (UCLA) hebben een opmerkelijke nieuwe batterijchemie gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift ‘Small’. Het uitgangspunt? Eiwitten die overblijven als bijproduct van de vleesindustrie. In technische termen uitgedrukt: runderserumalbumine, alias het meest voorkomende eiwit in het bloed van onze loeiende weidebewoners.
Edison had het al door
Het verhaal begint eigenlijk meer dan honderd jaar geleden. In 1900 reden er in Amerika meer elektrische auto’s rond dan benzinewagens. Thomas Edison geloofde heilig in de nikkel-ijzerbatterij als de toekomst van de automobiel: duurzaam, krachtig en met een voor die tijd best puik rijbereik van 160 kilometer. Maar de technologie haalde het niet, want de verbrandingsmotor won het pleit en de nikkel-ijzerchemie strandde ook omwille van enkele nadelen.
Maar het internationale onderzoeksteam van UCLA heeft die vergeten Edison-chemie weer bij de horens gevat. Het resultaat is veelbelovend: hun prototype laadt op in seconden in plaats van uren en overleefde meer dan 12.000 laad- en ontlaadcycli. Dat is het equivalent van meer dan dertig jaar dagelijks opladen (dus van nul tot honderd procent, in de praktijk houdt ze het dus nog veel langer uit), een ongeziene levensduur. Ter vergelijking: de veelgebruikte NMC-technologie uit de huidige elektrische auto’s kan 800 cycli aan.
Moleculaire architect
Maar hoe zit dat met die runderen? Het klassieke probleem bij nikkel-ijzerbatterijen is dat metaaldeeltjes in de elektroden samenklonteren, wat de efficiëntie enorm verlaagt. Voor hun oplossing haalden de onderzoekers hun inspiratie bij de natuur: botten en schelpen worden ook gevormd via eiwitten die als steiger dienen voor mineraalafzetting.
Het wordt even technisch. De rundereiwitten fungeren als een soort moleculaire mal, waarbinnen nikkel- en ijzerionen zich kunnen nestelen met atomaire precisie. De metaaldeeltjes die zo ontstaan, zijn kleiner dan 5 nanometer (om een idee te geven: je hebt tot 20.000 van die clusters nodig om de breedte van een menselijk haar te overbruggen). Die minideeltjes worden vervolgens gemengd met grafeen en gebakken op hoge temperatuur, waarbij de eiwitten verkolen en de metaalclusters insluiten. Het resultaat is dat alle atomen deelnemen aan het laadproces, vandaar de sterk verhoogde prestaties. De kleinere leveren een veel betere verhouding tussen celoppervlakte en -volume. Daarnaast moeten de ionen ook minder ver over en weer gaan tijdens het laden en ontladen, wat de efficiëntie verder verhoogt.
Straks in onze auto’s?
Alhoewel snel laden een belangrijke kwaliteit is voor de moderne batterij, is er een offer. De energiedichtheid van het prototype haalt nog niet die van hedendaagse lithium-ionbatterijen, wat betekent dat de autonomie achterblijft. De bronnen geven geen exacte cijfers, maar een beetje rondsurfen op het wereldwijde web leert dat de waarde doorgaans tien keer lager ligt. Dat rijbereik uit Edisons tijd zou dus amper beter zijn, mocht de technologie in auto’s worden gebruikt. De winst in betrouwbaarheid en laadsnelheid zou dan verdampen.
Los daarvan zijn er ook ethische en klimaatgerelateerde vragen te stellen bij het gebruik van de veestapel als energiebron, ook al gaat het om restafval. Maar voorlopig telt vooral het idee. Het team onderzoekt intussen ook alternatieven voor de rundereiwitten: natuurlijke polymeren die goedkoper en makkelijker op te schalen zijn. De koe als kostbare batterijgrondstof is misschien al geslacht tegen de tijd dat het allemaal zover komt.

