Zoutwaterbatterijen winnen aan populariteit als een duurzaam alternatief voor traditionele batterijen. Ze staan bekend om hun milieuvriendelijkheid en veiligheid, omdat ze geen zware metalen of giftige chemicaliën bevatten. In dit artikel bespreken we de werking, voor- en nadelen, kosten en alternatieven van een zoutwater thuisbatterij.

Wat is een Zoutwaterbatterij?

Een zoutwaterbatterij is een type accu dat gebruikmaakt van zoutwater als elektrolyt. Het elektrolyt is het onderdeel van de batterij dat ionen verplaatst van de anode naar de kathode en omgekeerd, om zo stroom op te slaan of vrij te laten. Wanneer je zoutwaterbatterij wordt opgeladen, verplaatsen de ionen zich via het elektrolyt van de anode naar de kathode. Wanneer de accu wordt ontladen, zoals wanneer je stroom verbruikt, verplaatsen de ionen zich juist van de kathode naar de anode.

Tussen de uiteindes zit een vloeistof met opgelost zout (zoutwater). Wanneer je de batterij aanzet om bijvoorbeeld je lamp te laten branden, start er een chemische reactie. De positieve en negatieve deeltjes in het zoutwater verplaatsen zich naar de tegenovergestelde uiteindes. Als je de batterij oplaadt, gebeurt het tegenovergestelde. Het materiaal van de batterij is belangrijk omdat het verschillende factoren bepaalt, zoals de levensduur, de prijs en de veiligheid.

Voordelen van een Zoutwaterbatterij

De zoutwaterbatterij is een type thuisbatterij die met specifieke voor- en nadelen komt. Hieronder een overzicht van de voordelen:

  • Milieuvriendelijke productie: Het elektrolyt van een zoutwaterbatterij wordt van duurzame grondstoffen gemaakt die veel makkelijker te recyclen zijn. Sommige thuisbatterijen worden gemaakt met materialen zoals kobalt of nikkel. Deze grondstoffen worden steeds meer schaars, waardoor het mijnen ook een alsmaar vervuilender proces wordt.
  • Veilig: Zoutwaterbatterijen zijn over het algemeen veiliger dan de meeste alternatieve materialen. Lithium-ion batterijen kunnen bijvoorbeeld oververhit raken en brand veroorzaken, en loodzuurbatterijen kunnen chemische stoffen lekken. Omdat een thuisbatterij op een hoog tempo veel stroom opslaat en vrijlaat, is veiligheid een prioriteit. Naast zoutwaterbatterijen zijn lithium-ijzerfosfaat batterijen ook uitermate veilig.
  • Lange levensduur: Zoutwateraccu’s gaan tot wel 20 jaar mee. Dat komt vooral omdat het materiaal minder snel verslijt dan bijvoorbeeld loodzuurbatterijen of lithium-ion accu’s. Ook zullen zoutwaterbatterijen over het algemeen op lagere spanningen werken. Hierdoor zijn ze doorgaans minder krachtig, maar gaan ze wel langer mee.
  • Onderhoudsarm: Mede dankzij de veiligheid van een zoutwaterbatterij heeft het ook weinig tot geen onderhoud nodig om optimaal te blijven presteren. Thuisbatterijen van mogelijk onveilige materialen zoals loodzuur moeten vaak onderhouden worden om verzekerd te zijn dat ze blijven werken zonder lekkages of brandgevaar.
  • Volledig ontlaadbaar: Zelfs met de lange levensduur van een zoutwaterbatterij heeft het een DoD van 100%, waardoor de hele batterij te gebruiken is. Batterijen gebruiken Depth of Discharge (DoD) om uit te drukken hoeveel capaciteit van de batterij daadwerkelijk kan worden gebruikt. De meeste apparaten die batterijen gebruiken, zitten meestal rond de 80-90% DoD. Dit wordt expres gedaan om de levensduur van de batterij te verlengen. Je kan wel verwachten dat de efficiëntie van de batterij na zo’n 5.000 laadcycli (grofweg 13-14 jaar met één laadcyclus per dag) met 30% afneemt.
  • Minder gevoelig voor temperatuurwisseling: Zoutwaterbatterijen zijn doorgaans beter bestendig tegen extreme temperaturen dan lithium-ion of loodzuurbatterijen. Extreem hoge temperaturen kunnen de kans op brand binnen een lithium-ion batterij vergroten, maar een zoutwaterbatterij blijft goed functioneren bij een breder temperatuurbereik.

Nadelen van een Zoutwaterbatterij

Zoals je hebt gelezen, komt een zoutwaterbatterij met veel voordelen. Hieronder een overzicht van de nadelen:

  • Lage energiedichtheid: Hoewel ze milieuvriendelijk en veilig zijn, komen zoutwaterbatterijen ook met een lage energiedichtheid. Simpel gezegd betekent dit dat je meer ruimte nodig hebt om hetzelfde vermogen te realiseren als lithium-ion of lithium-ijzerfosfaat batterijen. Het resultaat is dan ook dat zoutwateraccu’s vaak veel groter en zwaarder zijn dan andere materialen, waardoor het moeilijker is om een plek voor ze te vinden binnen of buitenshuis. Een zoutwaterbatterij is tot wel drie keer zwaarder dan een lithium-ijzerfosfaat model.
  • Gevoelig voor piekstromen: Lithium thuisbatterijen kunnen daar makkelijk mee omgaan, maar een zoutwaterbatterij worstelt met deze piekstromen vanwege de eerder genoemde lage energiedichtheid, en een tragere reactiesnelheid. Piekstromen ontstaan wanneer de vraag naar stroom ineens omhoog schiet, oftewel wanneer je veel apparaten tegelijkertijd gebruikt.

Wat kost een Zoutwater Thuisbatterij?

De prijs van een zoutwater thuisbatterij wordt beïnvloed door verschillende factoren, zoals de capaciteit en het merk. Een zoutwaterthuisbatterij kost gemiddeld tussen de 400 en 600 euro per kWh capaciteit. Voor een 10 kWh model zal je tussen de 4.000 en 6.000 euro betalen.

Wat je in totaal betaalt voor een zoutwaterbatterij-installatie hangt af van een aantal factoren. Dit zijn:

  • Vermogen
  • Levensduur
  • Merk en type
  • Aankoopkosten
  • Opslagcapaciteit
  • Plaatsingskosten
  • Onderhoudskosten

Je kunt grofweg uitgaan van een prijs tussen de € 4.000,- en € 10.000,- euro, exclusief btw.

Let op: De zoutbatterij kent een breed spanningsbereik van 0-60Volt. De JK-BMS balanceert actief de batterij cellen met maar liefst 1 ampère. Daarmee kan de BMS ook grote cellen van 100 tot 320 ampère uur aan. De BMS is geschikt voor 100 ampère continue belasting. De BMS is een zogenaamde actieve balanceerder. Cellen die een te lage spanning hebben worden geladen met de energie van cellen met een te hoge spanning.

Oorspronkelijke prijs was: € 2.250,95. Huidige prijs is: € 2.070,95.

Alternatieven voor de Zoutwateraccu

Er zijn grofweg drie andere opties:

  • Loodzuurbatterijen: zijn goedkope modellen die helaas ook onveilig kunnen zijn en veel onderhoud nodig hebben. Daarnaast hebben ze ook de kortste levensduur van alle soorten thuisbatterijen.
  • Lithium-ion batterijen: zijn klein en ook erg licht. Daarnaast hebben ze een hoog vermogen, en gaan ze dus beter om met piekstromen dan een zoutwateraccu. Daar staat tegenover dat ze een kortere levensduur hebben, en ook duurder zijn. Omdat de materialen van een lithium-ion batterij eindig zijn, is het productieproces meestal ook vervuilend.
  • Lithium-ijzerfosfaat (LFP) batterijen: zijn net als zoutwaterbatterijen milieuvriendelijk, veilig, en hebben ze een lange levensduur. Waar ze verschillen is dat LFP batterijen lichter zijn en een hoger vermogen hebben. Ook kunnen ze beter omgaan met piekstromen, waardoor veel verbruik geen probleem is. Qua prijs zijn LFP en zoutwaterbatterijen ongeveer gelijk.

De Lithium-ijzerfosfaat Batterij: De Beste Optie

Het beste alternatief voor een zoutwaterbatterij is de LFP thuisbatterij. Dankzij de lithium-ijzerfosfaat verbinding heeft de batterij een hogere energiedichtheid. Kortom: meer vermogen in een kleinere behuizing. Verder deelt het de voordelen van een zoutwaterbatterij qua veiligheid, levensduur en milieuvriendelijkheid.

Zoutwaterbatterijen in de Praktijk: AQUABATTERY

Het in 2014 opgerichte AQUABATTERY ontwikkelde een batterij die hernieuwbare energie kan opslaan in zout water. Op deze manier wordt het opslaan van energie veilig - lithium-ionen kunnen verbranden bij oververhitting - door gebruik te maken van goedkope, duurzame en niet-schaarse materialen zoals keukenzout en water. Deze voordelen garanderen langdurige en grootschalige opslag van duurzame energie.

Het bedrijf opende een nieuwe faciliteit in Alphen aan de Rhijn (Nederland) om de eerste modules te produceren en de eerste batterijen te leveren. AQUABATTERY, door de Europese Innovatieraad “een van Europa’s baanbrekende technologieën en baanbrekende innovaties” genoemd, werkt aan de opschaling van het systeem. Ze hebben een vermogensmodule van 10 kilowatt ontwikkeld en willen die in de komende jaren uitbreiden tot 100 en 300 kilowatt.

“Ik ben erg blij dat het zover gekomen is”, zegt trotse Jiajun Cen, CEO van het bedrijf. “Hoewel ons idee rechttoe rechtaan is, is de technologie erachter vrij ingewikkeld. Maar we hebben ervoor gezorgd dat het werkt en economisch beschikbaar is. Dit waren de belangrijkste uitdagingen voor ons.”

Werking van de AQUABATTERY

De stationaire batterij bestaat uit twee eenheden: een vermogensmodule met membraanstapels en een opslageenheid van watertanks. Tijdens het laadproces stroomt zout water door membranen, waar het wordt gescheiden in zuur en base - die elk in een aparte tank terechtkomen. Bij het ontladen van de batterij worden de twee stromen gecombineerd en gaan ze opnieuw door het membraan, waardoor hernieuwbare elektriciteit wordt opgewekt.

“Een zoutgradiënt - de energie die ontstaat door het verschil in zoutconcentratie in twee vloeistoffen - creëert een verschil in energiepotentieel”, legt Emil Goosen, oprichter van AQUABATTERY, uit. De membraanstapels lijken op biologische celmembranen. “Het proces bootst actieve zoutoverdracht na, waarbij water en zout in evenwicht zijn. Na het sporten of veel drinken moet dat evenwicht hersteld worden, en sommige cellen halen bepaalde zoutionen uit de bloedbaan”, licht hij toe.

Bovendien is de oplossing schaalbaar, zodat energieopslag gedurende lange tijd mogelijk is - tussen 8 en 100 uur. “Door de omvang van de reservoirs en het watervolume te vergroten, neemt de opslagduur toe”, benadrukt Goosen. “Daarom maken we het flexibel voor elke benodigde toepassing en opslagduur, door onze vermogensmodule te combineren met waterreservoirs van verschillende groottes”, voegt Cen toe.

Flowbatterijen

De tafelzout- en wateraccu valt onder de categorie stroomaccu’s, in het Engels een flowbattery. Een stroombatterij is een batterij waarbij twee vloeistoffen, gescheiden door een membraan, elektrochemische reacties ondergaan. Het systeem van AQUABATTERY bestaat uit membraanstapels die in een 40-ft zeecontainer zijn geplaatst en via leidingen met de waterreservoirs zijn verbonden. Daarom is het goed geschikt voor stationaire toepassingen - zoals de opslag van overtollige stroom uit zonne- of windparken.

“In de plannen voor Horizon Europe - een van de belangrijkste financieringsprogramma’s voor onderzoek en innovatie van de EU - werden lithium batterijen honderden keren genoemd, terwijl flowbatterijen misschien twee keer genoemd werden,” stelt Kees van de Kerk. Hij is de voorzitter van Flow Batteries Europe. Deze overkoepelende organisatie verenigt verschillende belanghebbenden in de EU, die de afgelopen jaren campagne voerden om het potentieel van deze technologieën te promoten en onder de aandacht te brengen.

Flowbatterijen zijn optimaal voor twee soorten gebruik. “Toepassingen met een hoge cyclus - ze kunnen duizenden cycli worden gebruikt zonder dat prestaties worden aangetast - en toepassingen met een lange opslagduur zijn de twee belangrijkste. Bovendien wordt stationaire opslag steeds belangrijker, en we hebben geld nodig om projecten op te starten om de technologie op te schalen,” zegt hij.

Volgens Goosen komen er “positieve signalen” uit de EU over energiestrategieën. “Ik zie dat de EU met veel verschillende partijen samenwerkt om meer flexibiliteit toe te voegen aan een energiesysteem dat draait op duurzame energie.” Zijn enige zorg is om de technologie snel genoeg op de markt te brengen.

Inspanningen van AQUABATTERY

AQUABATTERY is al tien jaar lang druk bezig. Vanaf de allereerste experimenten in een garagebox zijn talloze uren van onderzoek en experimenten aan het idee gewijd. In de productieruimte staan ook verschillende prototypes die het idee tastbaar maken.

Het eerste concept was het opladen en ontladen met behulp van zoet en zout water. Het bedrijf schakelde vervolgens over op de huidige oplossing op basis van zuur om de prestaties te verbeteren en begon te experimenteren met verschillende membraanstapels. In 2017 zette AQUABATTERY zijn eerste pilot op in de Green Village van de Technische Universiteit Delft. Drie jaar later maakte de batterij een reis naar het eiland Pantelleria, Italië, en werd hij getest in een plaatselijke elektriciteitscentrale. Dit is een radicaal verbeterde technologie, waarbij het vermogen en de energiedichtheid zijn vertienvoudigd. Vorig jaar werd het systeem getest in de rioolwaterzuiveringsinstallatie van de Nederlandse stad Gorinchem, die zelf opgewekte hernieuwbare elektriciteit uit een zonnepark gebruikt.

Gedreven door de uitbreiding van hernieuwbare energie, voorspellen zij dat hun product aan verschillende gebruikers zal worden aangeboden. “In eerste instantie mikken we op industriële en commerciële toepassingen. Bedrijven zullen verplicht worden om zonnepanelen te hebben, dus hebben ze langdurige energieopslag nodig om de productie en het verbruik van elektriciteit efficiënt te beheren. In de toekomst willen we onze batterijen installeren in zonne- en windparken als buffer”, besluit Cen.

Zelf een Eenvoudige Zoutwaterbatterij Maken

Hoewel de commerciële zoutwaterbatterijen geavanceerde technologie gebruiken, kun je zelf een eenvoudige versie maken met alledaagse materialen:

  1. Neem een glas warm water en voeg steeds een lepeltje zout toe, tot het zout niet meer oplost.
  2. Leg de draad met aluminiumfolie op het schoteltje.
  3. Stapel nu steeds achtereenvolgens aluminiumfolie, nat papier en munten op. De munt met de draad leg je helemaal bovenop.
  4. Bevestig de draadjes aan de onder- en bovenkant van de stekker van de koptelefoon.

Als je een multimeter in huis hebt kun je deze ook op de batterij aansluiten. Zet de instelling op Volt (V) en je zal zien dat de batterij een spanning van één tot enkele volts opwekt. Horloges werken vaak op kleine batterijtjes van ongeveer 1 V.

Hoe Werkt het?

Elektrische stroom bestaat uit geladen deeltjes die ‘elektronen’ worden genoemd. Wanneer de twee polen van een batterij met iets verbonden worden gaat er een stroom lopen. Een batterijcel bestaat uit drie delen: een metaal dat elektronen afstaat, een metaal dat elektronen opneemt en een ‘elektrolyt’-vloeistof hiertussen. Bij ons zijn koper en aluminium de twee metalen en is het zoute water het elektrolyt. Veel vloeistoffen kunnen als elektrolyt dienen, zelfs vruchtensap.

Conclusie

Zoutwaterbatterijen bieden een veilige en milieuvriendelijke manier om energie op te slaan, vooral in combinatie met hernieuwbare bronnen zoals zonne-energie. Hoewel ze bepaalde nadelen hebben, zoals een lagere energiedichtheid, blijven ze een veelbelovende technologie voor de toekomst van energieopslag.

labels:

Zie ook: