Krachten gebundeld: hoe TNO LionVolt ondersteunt bij het versnellen van next-gen batterijtechnologie

Nu Europa zijn afhankelijkheid van buitenlandse toeleveringsketens wil verminderen, wordt samenwerking binnen de volledige batterijwaardeketen steeds belangrijker. Het ontwikkelen van een baanbrekende batterij is slechts de helft van de uitdaging. Begrijpen hoe die batterij zich in de praktijk gedraagt, brengt haar dichter bij marktintroductie. De samenwerking tussen LionVolt en TNO laat zien hoe ondernemerschap en toegepaste onderzoekskennis elkaar versterken.

De echte uitdaging begint na de doorbraak

Het ontwikkelen van een baanbrekende batterijtechnologie is slechts de eerste stap. Om batterijen commercieel levensvatbaar te maken, moeten ontwikkelaars deze testen, valideren, optimaliseren en integreren in complete batterijsystemen.

Hier komt de samenwerking tussen LionVolt en TNO in beeld. LionVolt werkt samen met verschillende partners om innovaties sneller naar de markt te brengen, waarbij TNO belangrijke expertise op het gebied van batterijen inbrengt. LionVolt ontwikkelt batterijcellen van de volgende generatie op basis van een 3D-lithiummetaalanode-architectuur.

Het team Powertrain & Electrification van TNO levert expertise op het gebied van batterijgedrag, testen en batterijmanagementsystemen. Samen onderzoeken zij hoe nieuwe batterijtechnologieën presteren en hoe deze kunnen worden opgeschaald richting toepassing in de praktijk.

Langere levensduur dankzij slimmer laden

Een goed voorbeeld van deze samenwerking is een recent project gericht op laadalgoritmen voor batterijen van de volgende generatie. Het laadgedrag heeft een enorme invloed op de prestaties en levensduur van een batterij. Hoewel agressieve laadstrategieën de laadtijd kunnen verkorten, kunnen ze ook de veroudering van de batterij versnellen. Het vinden van de juiste balans is daarom essentieel.

LionVolt en TNO hebben hun expertise op het gebied van celontwikkeling en batterijmanagementsystemen gecombineerd om te onderzoeken hoe laadstrategieën de prestaties van batterijen kunnen verbeteren én tegelijkertijd de levensduur kunnen verlengen.

Onderzoekers testten eerst afzonderlijke batterijcellen en valideerden vervolgens de laadstrategie in een batterijmodule, waarin meerdere cellen zijn verbonden en worden aangestuurd door een batterijmanagementsysteem. Daarmee werd aangetoond dat de aanpak ook werkt in een realistischere gebruiksomgeving.

"Wij ontwikkelen 3D-anodes en batterijcellen", aldus Sathiyaraj Kandhasamy, Lead Scientist bij LionVolt. "Batterijmanagementsystemen vormen een ander expertisegebied. Door samen te werken met TNO kunnen we beter begrijpen hoe bestaande batterijmanagementtechnologieën toekomstige batterijchemieën kunnen ondersteunen en waar aanpassingen nodig zijn om marktrijpheid te garanderen."

Van spin-off naar innovatiepartner

LionVolt werd zes jaar geleden afgesplitst van TNO. De oorsprong van de samenwerking gaat terug naar onderzoekscentrum TNO Holst Centre in Eindhoven. Hier legden onderzoekers de basis voor de innovatieve 3D-batterijarchitectuur van LionVolt, die een hogere energiedichtheid, verbeterde veiligheid en snellere laadmogelijkheden combineert.

Met de spin-off maakte LionVolt de overgang van onderzoeksprogramma naar zelfstandig batterijtechnologiebedrijf. Hoewel TNO als aandeelhouder betrokken bleef, was verdere samenwerking niet vanzelfsprekend.

"We hadden er ook voor kunnen kiezen om met andere onderzoeksorganisaties samen te werken", legt Sandeep Unnikrishnan uit. "Het maakte geen deel uit van de afspraken om met meerdere TNO-afdelingen te blijven samenwerken, maar we zagen daar duidelijke meerwaarde in. De expertise en faciliteiten binnen TNO sluiten uitstekend aan op het werk dat wij doen."

In de afgelopen zes jaar heeft de samenwerking zich verder ontwikkeld. Wat begon met ondersteuning bij de ontwikkeling van 3D-anodes binnen Holst Centre, groeide uit tot samenwerking op het gebied van batterijgedrag, laadstrategieën, batterijmanagementsystemen en prestatievalidatie via het team Powertrain & Electrification van TNO in Helmond.

Hoe gedraagt een batterij zich buiten het laboratorium?

Een van de grootste uitdagingen bij batterijontwikkeling is het begrijpen van het gedrag van een nieuwe batterij buiten het laboratorium. Hoe veroudert een batterij? Hoe reageert deze op verschillende laadstrategieën? En hoe kan de conditie van de batterij in de tijd worden bewaakt?

Voor LionVolt heeft toegang tot de faciliteiten en expertise van TNO een belangrijke rol gespeeld bij het beantwoorden van deze vragen. Via onder meer het Battery Lab en de pilotfaciliteiten voor batterijen van TNO kunnen onderzoekers batterijen ontwikkelen, testen en valideren onder realistische gebruiksomstandigheden.

Onderzoekers van beide organisaties hebben samengewerkt aan onderwerpen variërend van elektrodeontwikkeling tot prestatietesten. Naast het uitvoeren van testen levert TNO geavanceerde validatiemethoden en expertise op het gebied van batterijmanagement. Dit helpt om veelbelovende technologieën dichter bij marktintroductie te brengen.

Unieke inzichten door samenwerking

Beide organisaties profiteren van deze samenwerking. Voor LionVolt biedt TNO toegang tot gespecialiseerde kennis, faciliteiten en validatiemethoden die de ontwikkeling van batterijen van de volgende generatie ondersteunen. Voor TNO biedt de samenwerking waardevolle inzichten in opkomende batterijtechnologieën die nog niet commercieel verkrijgbaar zijn.

"Dit zijn batterijtechnologieën die we niet simpelweg van de plank kunnen kopen", legt Erik Hoedemaekers uit. "Door samen te werken met LionVolt doen we praktijkervaring op met nieuwe batterijchemieën en hun specifieke kenmerken. Daardoor kunnen we onze modellen en methodieken valideren op technologieën die in de toekomst belangrijk zullen worden."

Volgende stap: de uitdagingen van lithiummetaalbatterijen aanpakken

De samenwerking gaat nu een nieuwe fase in, gericht op lithiummetaalbatterijen. Deze batterijen bieden aanzienlijke voordelen op het gebied van energiedichtheid ten opzichte van bestaande lithium-iontechnologieën. Hierdoor kunnen lichtere batterijsystemen, grotere actieradiussen en betere prestaties mogelijk worden, vooral in toepassingen waar gewicht cruciaal is, zoals elektrische mobiliteit en de luchtvaart.

In een nieuw TKI-project willen TNO en LionVolt een beter begrip krijgen van de vorming van lithiumdendrieten. Dendrieten zijn microscopische structuren die binnen een batterijcel kunnen ontstaan en mogelijk de levensduur beperken of interne kortsluiting veroorzaken.

Het uiteindelijke doel is strategieën te ontwikkelen die de veiligheid, betrouwbaarheid en levensduur van batterijen verbeteren. Maar eerst onderzoeken de onderzoekers of elektrische signalen de eerste tekenen van dendrietvorming kunnen onthullen.

Sathiyaraj Kandhasamy, Lead Scientist bij LionVolt: "De belangrijkste doelstelling van het project is het vinden van manieren om dendrieten tijdens de werking van de batterij te identificeren en om het optimale ontwerp van de 3D-architectuur te bevestigen, waarmee de groei van dendrieten wordt beperkt."

Dit project laat zien hoe complementaire expertise uitdagingen kan oplossen die geen van beide partners alleen zou kunnen aanpakken.

De weg naar commercialisatie verkorten

Beide organisaties dragen bij aan de versnelling van de Europese transitie van laboratoriuminnovatie naar grootschalige toepassing. Hun samenwerking laat zien hoe de juiste partners ontwikkelrisico's kunnen verminderen en de weg naar commercialisatie kunnen verkorten.