Jaarboek no. 89. 2010/2011 - Koninklijke Maatschappij voor ...

More documents

Recommendations

Info

Natuurkundige voordrachten I Nieuwe reeks 89 Elektriciteitopslag voor automobiliteit 26 langer aan de Li-arme fase vastgehouden en vice versa. Het veranderde Li-insertie gedrag heeft een direct gevolg voor de Li-diffusie door het materiaal, aangezien deze sterk afhankelijk is van de Li-dichtheid in een materiaal en de beschikbare vrije diffusie paden. Als er meer vacatures ontstaan in de Li-rijke fase door veranderde solubility limits, heeft dat in het algemeen een sterk positief effect op de Li-diffusiesnelheid, zoals geïllustreerd in figuur 3. Naar hogere energiedichtheden Het onderzoek naar batterijmaterialen richt zich niet alleen op het verbeteren van de bekende materialen, maar ook op nieuwe materialen die tot een aanzienlijk hogere energiedichtheid kunnen leiden. De winst die op termijn mogelijk gehaald kan worden, moet dan uit de drie componenten anode, kathode en elektrolyt komen. Wat betreft de anode kan een factor van ca. 1,5 gehaald worden, als de Li-Si alloys of eventueel Li-metaal met nog minder additieven gerealiseerd kunnen worden. Het pure metaal is nu niet mogelijk omdat bij het herladen Li niet als laag aangroeit, maar als puntige kristallen die kortsluiting kunnen veroorzaken. Wat betreft de kathode zou er afstand gedaan moeten worden van het gebruik van de overgangsmetalen en Li gebonden moeten worden aan lichte elementen zoals O (Li2O2 ) 12, 13 of S (Li2S). 14 De reversibiliteit Figuur 2 Li-rijke (zwart) en Li-arme fasen in een korrel van een elektrode materiaal. In grijs is het deel van het materiaal aangegeven dat de invloed van oppervlakken of interfaces voelt. De grafieken eronder geven aan welke invloed van interfaces respectievelijk oppervlakte-energieën te verwachten is als functie van de deeltjesgrootte. van de vorming van de sulfides en oxides is recentelijk aangetoond. De winst in energiedichtheid van de hele batterij zou zo’n factor 3-5 kunnen zijn. Als derde factor is te noemen een verbetering van de geleiding van ionen, die het mogelijk moet maken om in de pakking van de elektrodematerialen dikkere lagen te gebruiken (wat leidt tot minder inactief materiaal). Dat zou een factor van ca. 1,5 moeten kunnen opleveren. In totaal komen we dan op een factor 7-11 hogere energie dichtheid bij realisatie van al deze factoren. Het is interessant om te zien dat een autoaccu die geschikt is om 500km te rijden, dan slechts zo’n 60 kg zou kunnen gaan wegen, hetgeen overeenkomt met een volle benzinetank. Grootschalige elektriciteitopslag De rol van directe elektriciteitopslag in batterijen gaat in potentie aanzienlijk verder dan alleen mobiele toepassingen. In een toekomst waar steeds meer duurzame elektriciteit opgewekt gaat worden in de vorm van zonne-energie en windenergie, zal het zeer voordelig zijn om deze elektriciteit gedurende enige tijd op te kunnen slaan. De reden hiervoor is dat de fluctuaties in het elektriciteitsaanbod van zowel zonne- als windenergie met een periode van een etmaal fluctueren tussen een maximum en een minimum. Als men bijvoorbeeld kijkt naar de windsnelheid gemiddeld over het oppervlak van
Figuur 3 Het effect dat vacatures (open cirkels) heeft of de diffusie van de Li-ionen (donkergrijze pijlen). Vacatures maken Li-mobiliteit mogelijk. de VS, dan varieert dat met een 24 uur periode tussen ~25% en 100%. Ook de wind wordt uiteindelijk immers aangedreven door zonnestraling die alleen overdag aanwezig is. Dat geldt niet alleen voor ons, maar ook voor ons hele werelddeel: ook in Afrika is het donker als het bij ons nacht is. Bij gebrek aan opslag zou een ‘smart grid’ van gekoppelde elektriciteitsproducenten en -gebruikers wereldomspannend moeten zijn om effectief deze fluctuaties te kunnen opvangen. Dat heeft echter enorme verliezen tot gevolg en zal ook zeer kostbaar zijn. Om energie te kunnen opslaan gedurende die 24 uur periode, kunnen op grote schaal batterijen ingezet gaan worden. Voor Nederland zou dat neerkomen op 350 kWh aan elektriciteitsopslag per huishouden, uitgaande van het volledige primaire energie gebruik in Nederland gedurende 24 uur (2550 GWH (CBS)). Dat is waarschijnlijk een aanzienlijk grotere hoeveelheid dan strikt noodzakelijk, omdat elektrisch aangedreven toepassingen vaak veel efficienter zijn dan via verbrandingsmotoren mogelijk is, maar dit getal geeft een orde van grootte. Dit zou overeenkomen met zo’n 9 accu’s van een elektrische auto per huishouden. Het grote voordeel van directe elektriciteitopslag in batterijen is dat dit met hoge efficiëntie kan gebeuren (tot 98%). Natuurkundige voordrachten I Nieuwe reeks 89 Elektriciteitopslag voor automobiliteit Waterstof voor de grootste schaal van energieopslag Voor langere duur opslag zullen accu’s te kostbaar worden. Dan is het een optie om waterstof als energiedrager te gebruiken. Waterstof heeft als groot voordeel dat alleen water en elektriciteit noodzakelijk zijn om het te produceren, er hoeft geen C aan te pas te komen. Het nadeel is dat de efficiëntie aanzienlijk minder is dan bij directe elektriciteitopslag. Om van elektriciteit naar H2 en weer terug naar elektriciteit te gaan moet men rekening houden met zo’n 70% verlies. Om tot zeer grote (>100 TWh) aan energieopslag te komen, zijn echter geen andere oplossingen voorhanden dan het omzetten in brandstoffen bestaande uit schone, abundante elementen, zoals H2 . Water oppompen in (kunstmatige) stuwmeren is op deze schaal onmogelijk. Een dag energie- gebruik in Nederland zou overeen komen met ca. 20 x het IJsselmeer leegpompen, laat staan dat het mogelijk zou zijn om de wettelijk verplichte 91 dagen van de huidige strategische oliereserves op te slaan. Warmteopslag in de zomer voor gebruik in de winter kan een belangrijke bijdrage voor de verwarming van gebouwen en water leveren, 15 maar kan voor andere doeleinden niet ingezet worden. Waterstof als energiedrager heeft wel de flexi- 27
Page 1: NATUURKUNDIGE VOORDR ACHTEN 2010 -
Page 4 and 5: ISBN 978 90-72644-23-7 Drukkerij Vi
Page 7 and 8: INHOUD Diligentiaprijs voor Scholie
Page 9 and 10: VERSLAG VAN DE KONINKLIJKE MAATSCHA
Page 11 and 12: Oprichting in 1793 Het Gezelschap t
Page 13 and 14: N.Th. Michaelis 1898-1904 Dr. E.H.
Page 15 and 16: ALFABETISCH REGISTER VAN DE VOORDRA
Page 17 and 18: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
Page 23 and 24: Elektriciteitopslag in batterijen m
Page 25: De vermogensdichtheid van een batte
Page 29 and 30: Schakelbare spiegels: een samenspel
Page 31 and 32: Applications Beside their purely fu
Page 33 and 34: hydrogen absorption properties of t
Page 35 and 36: Gammaflitsen: extreem nieuws uit de
Page 37 and 38: ster ontstaat. Het directe bewijs v
Page 39 and 40: Figuur 2 Als we voor alle 2704 gamm
Page 41 and 42: gammaflits kan miljarden jaren na h
Page 43 and 44: Genetica en genoomonderzoek naar ve
Page 45 and 46: zingen in de code aanwezig die aang
Page 47 and 48: omdat we beschikken over de gezondh
Page 49 and 50: Microreactortechnologie; de chemisc
Page 51 and 52: matografie, maar is zeer succesvol
Page 53 and 54: Figuur 5 De economische haalbaarhei
Page 57 and 58: qubit can now be described as follo
Page 59 and 60: games not only nicely demonstrates
Page 61: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
Page 76 and 77:
Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
Page 78 and 79:
Page 80 and 81:
Page 82 and 83:
Page 84 and 85:
Page 86 and 87:
Page 88 and 89:
Page 90 and 91:
Page 92 and 93:
Page 94 and 95:
Page 96 and 97:
Page 98 and 99:
Page 100 and 101:
Page 103 and 104:
LOFAR: op zoek naar de snelste deel
Page 105 and 106:
Figuur 4 Artist impression van het
Page 107:
ichting van inval te bepalen. Naarm
Page 110 and 111:
Page 112 and 113:
Page 114 and 115:
Page 116 and 117:
Page 118 and 119:
Page 120 and 121:
Page 122 and 123:
Page 124:
show all

Jaarboek no. 89. 2010/2011 - Koninklijke Maatschappij voor ...

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?