Nu de wereld steeds meer elektriciteit gebruikt, worden goede, veilige batterijen steeds belangrijker. Wat LionVolt betreft, kan er nog veel worden verbeterd aan de lithium-ion-accu’s die we nu hebben. Via een 3D-architectuur, natrium en zwavel moeten ze duurzamer en veiliger worden, en hogere prestaties leveren.
‘Als we batterijen met een 3D-architectuur en lithium-metaal kunnen aanbieden, dan gaat de capaciteit flink omhoog. Elektrische auto’s met zo’n batterij kunnen dan niet 500 kilometer maar 800 kilometer rijden op een acculading.’
Werken aan de batterijrevolutie, voor impact op de maatschappij
Het verhaal van LionVolt begint enkele jaren geleden bij TNO-Holst Centre, waar Sandeep Unnikrishnan – nu cto en medeoprichter van LionVolt – destijds werkte. Hij wilde zich specifiek op batterijen gaan richten, omdat hij zag dat de positie van Nederland op dit gebied verzwakte. ‘Jaren geleden liep Nederland ver vooruit wat betreft batterijen, met condensatoren en loodzuurbatterijen. Maar toen ik bij TNO werkte, zag ik dat onze bijdrage afnam vanwege de concurrentie van lithium-ion-batterijen die voornamelijk in Azië zijn geproduceerd. Dat terwijl de wereld juist steeds meer batterijen nodig had.’
TNO was het met Unnikrishnan eens en liet hem een batterijprogramma opstarten. Unnikrishnan werkte als onderdeel daarvan samen met universiteiten en bedrijven in heel Europa. ‘Na zo’n zes à zeven jaar zei TNO: het is tijd dat je daadwerkelijk een bedrijf gaat starten en kijkt of je impact op de maatschappij kunt maken.’ Vier jaar geleden, in 2020, werd die stap gezet en ontstond LionVolt als spin-off van TNO.
Van 2D naar 3D
LionVolt wil de batterijen in bijvoorbeeld smartwatches, telefoons en auto’s verbeteren door op drie terreinen te innoveren. Maar om te begrijpen wat LionVolt doet, moet men eerst weten hoe een batterij werkt. Een gemiddelde batterij bestaat eenvoudig gezegd uit drie componenten: een elektrodelaag met een positieve lading (de kathode), een elektrodelaag met een negatieve lading (de anode) en daartussenin een elektrolyt, een oplossing of vloeistof waar ionen doorheen kunnen lopen. Door beide elektroden in elektrolyt onder te dompelen, ontstaat een elektrochemische reactie, waardoor spanning wordt opgebouwd. Zo voorziet een batterij in elektriciteit.
Deze drie lagen zijn in conventionele lithium-ion-batterijen als platte, 2D-lagen opgebouwd. LionVolt wil daar verandering in brengen. Het bedrijf voorziet zijn batterijen van een 3D-architectuur, waardoor de totale oppervlakte groter wordt en zowel de vermogensdichtheid als energiedichtheid toeneemt. Dat zorgt er simpel gezegd voor dat de batterij sneller wordt opgeladen en überhaupt meer capaciteit heeft, zonder dat de batterij zelf groter wordt.
Aan de slag met zout
Daarnaast zet LionVolt flink in op duurzaamheid. De huidige accu’s gebruiken vaak grafiet voor de anode, maar dat is allesbehalve een optimaal materiaal. Het is zwaar, relatief onveilig als ze snel worden opgeladen en de voorraad is beperkt. ‘De heilige graal in batterijen is een anode van lithium-metaal’, zegt Unnikrishnan. Logisch, want een lithium-ion-accu gebruikt – zoals de naam al zegt – lithium-ionen om stroom op te wekken. Deze ionen opslaan in lithium-metaal – dus dezelfde chemische stof – ligt dan voor de hand. ‘En lithium-metaal heeft tien keer hogere capaciteit dan grafiet.’
Nu wordt er al enige tijd gewerkt om lithium-metaal in 2D te maken, zodat het in de huidige accu’s past, maar daardoor wordt het materiaal snel poreus. Op den duur bestaat de kans dat er kortsluiting ontstaat en de accu in brand vliegt. Met de 3D-architectuur van LionVolt is dat geen probleem, wat betekent dat lithium-metaal een realistisch alternatief voor grafiet wordt. ‘Als we batterijen met een 3D-architectuur en lithium-metaal kunnen gaan aanbieden, dan gaat de capaciteit flink omhoog. Elektrische auto’s met zo’n batterij kunnen dan opeens in plaats van 500 kilometer 800 kilometer gaan rijden op een acculading, zonder dat het volume van de batterij toeneemt.’
Toch komt ook lithium-metaal weer met een nadeel: ‘Op geopolitiek niveau kun je er vraagtekens bij zetten. Veel van dit metaal zit vast in China, Australië en Bolivia.’ Daarom zet LionVolt naast lithium-metaal ook in op een ander materiaal voor zijn anode: natrium. Of beter gezegd: zout. ‘Natrium komt 400 keer vaker voor op aarde dan lithium. En het is wereldwijd aanwezig.’
Sandeep Unnikrishnan, co-founder & CTO van technostarter LionVolt
Een droog proces
Ook op andere gebieden werkt LionVolt aan duurzaamheid. Zo kijkt het ook aan de kant van de kathode naar alternatieve grondstoffen die gebruikt kunnen worden. ‘Kathodes worden nu vaak gemaakt van kobalt en nikkel, maar daar moeten we vanaf’, legt Unnikrishnan uit. Net als lithium komen kobalt en nikkel niet overal ter wereld voor en de omstandigheden waaronder de metalen gewonnen worden, zijn vaak ronduit slecht.
‘Een van de goedkoopste materialen die je als alternatief kunt gebruiken, is zwavel. Als je naar olieraffinaderijen gaat, zie je daar enorme bergen zwavel liggen. Dat is een bijproduct van hun proces. Daardoor is het goedkoop en overal aanwezig.’ Een zwavelaccu maken, is echter niet eenvoudig. Zo is er vaak nog sprake van een snel verlies van capaciteit en een korte levensduur van de accu. ‘Maar wij denken een oplossing te hebben waardoor we het kunnen inzetten voor ons 3D-vastestofbatterijproduct. Daarmee wordt ook de kathode duurzaam.’
De derde belangrijke innovatie van LionVolt is dat er wordt gewerkt met een droog proces. ‘De huidige batterijen worden bedekt met behulp van een vloeibaar oplosmiddel, die vervolgens weer moeten worden gedroogd. Dat is duur en als je dat op een circulaire manier wil doen, is dat best lastig’, vertelt de cto. ‘Wij werken nu aan een veel droger proces, zonder vloeibare oplossingen.’ Daarmee worden accu’s dus nog weer duurzamer en veiliger, zo is de gedachte.
Fabrieken in Eindhoven en Schotland
LionVolt is nog druk met de ontwikkeling van dit alles bezig, maar heeft toch al grote stappen kunnen zetten. Zo werken er inmiddels 37 mensen bij het bedrijf en heeft het zijn eigen lab. Daarnaast wordt er in Eindhoven gewerkt aan een eerste megafabriek, waar de elektrodes met 3D-architectuur gemaakt gaan worden. Die fabriek is naar verwachting eind volgend jaar klaar.
‘Maar we willen niet alleen werken aan de verbetering van de technologie, we willen ook de productontwikkeling en het productieproces volwassener maken. Dus om echt serieus aan de gang te gaan, hebben we ook een productiefabriek in Schotland gekocht. Daar maken ze de achterkant van de accu’s. Ze pakken dus de anodes of elektrodes die wij in Nederland maken, stoppen die in een batterij en maken daar producten van. Het vult elkaar dus aan en we hebben alle expertise nu in-house.’
Link magazine september 2024. Thema: Elektrificatie/waterstof.
Vraag exemplaar op: mireille.vanginkel@linkmagazine.nl
De fabriek in Schotland kwam per toeval op het pad van LionVolt. De site van AMTE Power was een van de eerste in Europa die accu’s maakte. Mettertijd werden Aziatische concurrenten echter veel efficiënter, waardoor ze meer accu’s voor minder geld konden leveren. ‘Dan moet je opeens op een gigantische schaal produceren, wil je kunnen concurreren. Dat gebeurde hier niet en ze hadden ook niets unieks waardoor ze alsnog konden overleven. Toen ze bijna failliet gingen, zagen we een kans om ze over te nemen. Wij hebben iets unieks en zij hebben jarenlange ervaring in het maken van accu’s. Zo wordt één plus één elf’, aldus Unnikrishnan.
Vroege investeerders
Hoewel LionVolt druk aan het innoveren is, wordt niet aan alles tegelijkertijd gewerkt, benadrukt Unnikrishnan. ‘We werken nu met lithium-metaal, omdat we moeten zorgen dat we onze batterijen snel kunnen leveren. De volgende stap is een tweede productcategorie, die bestaat uit batterijen met natrium-metalen voor de anode. De derde categorie waaraan we werken bestaat uit de solid-state lithium-zwavel-batterijen.’
Vooralsnog is echter nog niets op de markt gebracht. Net als veel andere deeptech start-ups, is een lange adem nodig. Gelukkig trok LionVolt al vroeg investeerders aan. ‘Uiteindelijk gaat het om de droom. Je kunt ons nog niet vergelijken met de grootste batterijproducenten ter wereld, maar je kunt al wel de potentie zien. Dat in combinatie met onze roadmap, heeft ons in totaal al 20 miljoen euro aan investeringen opgeleverd. Daarnaast hebben we ook subsidies gekregen van de Nederlandse overheid.’
Dat de potentie zichtbaar is, blijkt ook uit het feit dat er al veel gesprekken zijn met potentiële klanten. ‘We richten ons nu eerst op de wearables-markt en op consumentenelektronica, omdat we denken dat we daaraan snel kunnen leveren. Diverse grote namen uit die sector zijn al met ons in gesprek. Maar we praten ook met automotive-bedrijven en de luchtvaart’, vertelt de cto. ‘Als scale-up is vroeg en regelmatig contact met potentiële klanten essentieel. Momenteel gaan we ieder kwartaal met hen in gesprek om te laten zien waar we zijn.’
Groeien met nieuwe ceo
Voorlopig ligt de focus op doorgroeien en de innovaties op de markt brengen. Dat begint bij het afschudden van het start-uplabel. Met het oog daarop is een nieuwe ceo aangetrokken, Kevin Brundish, als opvolger van Karl McGoldrick.
‘Toen we als start-up begonnen, hadden we met Karl een ervaren start-up-ceo die ons van start liet gaan, een sterke basis bouwde en ons naar een goed niveau kon brengen. Maar als je op het punt komt dat je een scale-up wordt, dan moet je nieuwe expertise vooral uit de batterijindustrie inbrengen. Kevin zit al twintig jaar in het veld en heeft een batterijbedrijf van niets laten uitgroeien naar een beursgenoteerd bedrijf’, licht Unnikrishnan toe.
‘Ik ben technisch goed en ik begrijp hoe dit allemaal werkt. Maar je hebt ook een zakelijk perspectief nodig. Daarin vullen we elkaar aan. De vorige ceo heeft zelfs geholpen met het vinden van Kevin, om te zorgen dat de overgang soepel verliep. Want uiteindelijk draait het allemaal om het bedrijf en impact maken op de maatschappij.’
