Lithium-ionbatterijen hebben een lange weg afgelegd, maar in veel opzichten nog niet ver genoeg.
Ze laden sneller op dan ooit tevoren, maar er is nog steeds ruimte voor verbetering. De materialen waarvan ze zijn gemaakt, met name kobalt en nikkel, zijn prijzig en problematisch. Onderzoekers hebben moeite gedaan om alternatieve materialen te vinden, van mangaan tot natrium. Nu hebben ze er misschien nog een: TAQ.
In tegenstelling tot bijna alle andere lithium-ionbatterijen is TAQ een organische verbinding – niet het type hippie met vrije uitloop, maar het soort dat voornamelijk uit koolstof bestaat. Onderzoekers hebben organische materialen onderzocht als kathoden, het negatief geladen deel van de cel, omdat ze tegen lagere kosten meer energie zouden kunnen opslaan. Maar tot nu toe zijn kandidaat-materialen niet erg duurzaam gebleken, omdat ze de neiging hebben op te lossen in de vloeibare elektrolyten die tegenwoordig doorgaans in de industrie worden gebruikt.
Het nieuwe materiaal lost niet op in twee veelgebruikte elektrolyten, en het heeft een energiedichtheid die 50% beter is dan die van een van de meest voorkomende lithium-ionbatterijen die momenteel worden gebruikt, nikkel-mangaan-kobalt (NMC).
TAQ, een afkorting van bis-tetraaminobenzochinon, bestaat uit koolstof, stikstof, zuurstof en waterstof, gerangschikt in een rij van drie aangrenzende zeshoeken. De structuur is vergelijkbaar met die van grafiet, dat tegenwoordig bijna universeel wordt gebruikt als anodemateriaal (de positieve pool). Elk TAQ-molecuul wordt aangetrokken door maximaal zes andere moleculen via waterstofbruggen, die niet zo sterk zijn als andere bindingen, maar voldoende zijn om een vrijwel vlakke laag van het spul te creëren die over elkaar heen kan worden gelegd, waarbij de gaten lithiumionen bevatten.
Het materiaal werd ontdekt door Tianyang Chen en Harish Banda terwijl ze werkten in het laboratorium van Mircea Dincă, een professor aan het MIT die een partnerschap heeft met Lamborghini om de hypercarfabrikant te helpen zijn aanbod te elektrificeren. Lamborghini, dat eerder een supercondensator gebruikte die in het laboratorium van Dincă was ontwikkeld in zijn Sian-model, heeft het patent op het materiaal in licentie gegeven.
De aantrekkingskracht van TAQ voor Lamborghini ligt voor de hand: het materiaal houdt meer energie vast dan de bestaande batterijchemie, lijkt net zo lang mee te kunnen gaan en kan sneller worden opgeladen. Minder massa is van het grootste belang bij sportwagens, en iedereen, en niet alleen Lambo-bezitters, zou baat hebben bij sneller opladen.
Batterijen gemaakt met TAQ kunnen ook goedkoper zijn. De MIT-onderzoekers schatten dat de stuklijst voor een TAQ-kathode een derde tot de helft zo duur zou kunnen zijn als die voor NMC. Gegeven dat NMC-kathodes verantwoordelijk zijn bijna de helft van de materiaalkosten van een lithium-ionbatterij, die de huidige batterijkosten met 10% tot 15% zou kunnen verlagen.
De werkelijke besparingen zullen echter van veel meer afhangen dan alleen welke chemicaliën nodig zijn om een batterij te maken. TAQ zou vrijwel zeker veranderingen vereisen in de manier waarop batterijen worden gemaakt. Batterijfabrikanten, die honderden gigafabrieken over de hele wereld hebben gebouwd of gepland, zouden aarzelen om miljarden dollars aan kapitaaluitgaven te verhogen. Het batterijlandschap is bezaaid met chemie die boordevol potentieel zit, maar er niet in is geslaagd de commerciële hindernis te overwinnen.
Geopolitiek zou die vergelijking echter kunnen veranderen.
China domineert vrijwel elk onderdeel van de hedendaagse kathodetoeleveringsketen Benchmark mineralenintelligentie . Ruim driekwart van de voltooide kathodeproductie vindt plaats in het land. Het heeft ook een wurggreep op de productie en raffinage van nikkel, kobalt en mangaan. Verderopwaarts staat de kobaltwinning ook grotendeels onder Chinese controle. Hoewel het merendeel van het kobalt in de Democratische Republiek Congo wordt gewonnen, bezitten Chinese bedrijven veel mijnen, en het land heeft een nauwe relatie met het staatsmijnbedrijf uit de DRC, dat het grootste deel van de rest controleert. TAQ zou vrijwel elk land met voldoende kennis en expertise in staat stellen kathodes voor lithium-ionbatterijen te maken.
Zelfs zonder een geopolitieke duim op de schaal zou TAQ nog steeds een plaats op de markt kunnen vinden of uiteindelijk kunnen domineren. Een duur product met een hoge marge, zoals een Lamborghini, is een prima startpunt, omdat er voldoende ruimte is om de hogere kosten op te vangen die voortvloeien uit nieuwe technologieën met een laag volume. Het zou het bruggenhoofd kunnen zijn dat de chemie nodig heeft om door te breken in de mainstream. Die reis zal echter lang zijn en vol obstakels. Verwacht niet snel een door TAQ aangedreven auto op uw oprit.