Biomassa is vooral bekend als bron voor warmte, brandstoffen en chemische bouwstenen. Nieuw onderzoek in Nature Communications laat een andere toepassing zien. Onderzoekers beschrijven hoe uiteenlopende biomassastromen kunnen worden omgezet in harde koolstof, een materiaal dat kan worden gebruikt in de negatieve elektrode van batterijen.
De studie draait om zogeheten hard carbon. Dat materiaal geldt als een belangrijke kandidaat voor natrium ion batterijen. Juist voor dat type batterij is behoefte aan grondstoffen die breed beschikbaar zijn en tegen redelijke kosten kunnen worden verwerkt. Biomassa lijkt daarvoor aantrekkelijk, maar kent ook een duidelijke beperking. Reststromen uit verschillende ketens verschillen sterk in samenstelling. Daardoor loopt ook de kwaliteit van het eindproduct uiteen, en dat maakt een betrouwbare productieroute moeilijker.
Snelle verhitting, gestuurd met data
De onderzoekers proberen dat probleem op te lossen met een combinatie van snelle verhitting en datagedreven analyse. In de studie gebruikten zij programmeerbare Joule heating, waarbij materialen gedurende korte tijd worden blootgesteld aan temperaturen van 1000 tot 2000 graden Celsius. Die aanpak werd gekoppeld aan machine learning om een groot aantal syntheseroutes te analyseren en te vergelijken.
Volgens de auteurs maakt die combinatie het mogelijk om uit zeer verschillende soorten biomassa toch koolstofmaterialen met meer voorspelbare eigenschappen te maken. De studie beschrijft een aanpak waarmee uiteenlopende biomassastromen naar hard carbon met vergelijkbare prestaties kunnen worden gestuurd.
Hoge capaciteit en lange levensduur
De resultaten die de onderzoekers rapporteren zijn stevig. Het materiaal dat zij aanduiden als hard carbon behaalde een reversibele capaciteit van 369 mAh per gram. Ook melden zij een hoge laadsnelheid en een stabiliteit van meer dan 5000 cycli bij 3 A per gram.
Daarnaast wijzen de auteurs op de snelheid van het proces. De extra koolstofstap duurt slechts tientallen seconden en vergt volgens de studie een beperkte energie input van 0,1 kWh per gram. Dat maakt de methode op papier interessant, al zegt dat nog niet automatisch iets over de haalbaarheid op grote schaal.
Nog in een vroeg stadium
De publicatie staat vooral in het teken van de vraag hoe biomassa kan worden omgezet in beter voorspelbare koolstofmaterialen voor batterijtoepassingen. Daarmee past de studie in de bredere zoektocht naar alternatieve elektrode materialen voor natrium ion batterijen.
Tegelijk gaat het nog om een laboratoriumstudie. De onderzoekers laten zien dat hun methode werkt onder gecontroleerde omstandigheden, maar voor industriële toepassing spelen ook vragen rond kosten, opschaling, logistiek en constante kwaliteit van de grondstof.
Voorlopig laat de studie vooral zien dat uiteenlopende biomassastromen niet alleen worden onderzocht als energiebron of chemische grondstof, maar ook als basis voor batterijmaterialen.
Bron: Nature Communications
Onderzoekers werken aan nieuwe batterijmaterialen op basis van biomassa, Foto ter illustratie, Magica, Pixabay
