Onderzoek TU/e biedt inzicht in batterijen met ijzer in Eindhoven

Wetenschappers van de TU Eindhoven hebben met neutronenbeeldvorming de beweging van ijzer in redoxstroombatterijen zichtbaar gemaakt. Dit kan de prestaties en het ontwerp van deze batterijen verbeteren. Het onderzoek richt zich op de afzetting van ijzer op elektroden, wat cruciaal is voor een lange levensduur. De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Communications.

Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) hebben samen met het Zwitserse Paul Scherrer Instituut een belangrijke stap gezet in de ontwikkeling van redoxstroombatterijen. Door gebruik te maken van neutronenbeeldvorming konden zij in real-time de beweging van ijzerionen en de vorming van vaste, gas- en vloeibare fasen van ijzer volgen. Dit proces speelt een belangrijke rol in de werking van deze batterijen.

Redoxstroombatterijen, zoals de all-iron redox flow battery (AIRFB), maken gebruik van vloeibare elektrolyten die ijzerionen bevatten. De manier waarop deze ionen neerslaan op de negatieve elektrode en weer loskomen, bepaalt de prestaties van de batterij. Uniforme ijzerafzettingen zijn het meest wenselijk, maar dit gebeurt niet altijd. Het onderzoek biedt inzicht in de oorzaken van niet-uniforme afzettingen, wat kan bijdragen aan een langere levensduur van deze batterijen.

Neutronenbeeldvorming onthult processen
Met behulp van neutronenbeeldvorming konden de onderzoekers zien hoe ijzer zich verdeelt over de elektrode. Neutronen hebben de unieke eigenschap dat ze door de behuizing van de batterij heen kunnen dringen en reageren met ijzerionen in de elektrolyt. Hierdoor wordt het proces van ijzerafzetting zichtbaar, wat met traditionele methoden niet mogelijk is.

De beelden toonden aan dat ijzer gelijkmatig wordt afgezet wanneer de elektrolytstroming puur convectief is. Bij een combinatie van convectieve en willekeurige stroming ontstaan echter niet-uniforme afzettingen. Dit inzicht kan helpen om nieuwe ontwerpparameters voor deze batterijen te formuleren.

Belangrijk voor hernieuwbare energie
Volgens Antoni Forner-Cuenca, hoofd van de onderzoeksgroep bij TU/e, kunnen de bevindingen leiden tot betere ontwerpen van redoxstroombatterijen op basis van ijzer. Deze batterijen zijn veelbelovend vanwege het gebruik van ijzer, een goedkoop en veilig materiaal dat in grote hoeveelheden beschikbaar is. Ze spelen een belangrijke rol in de opslag van hernieuwbare energie, zoals zonne- en windenergie.

Het volledige onderzoek is gepubliceerd in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.