Maak plaats voor lithium: aluminium- en zwavelbatterijen ontketenen een energierevolutie

• In januari 2024 meldde een studie in Nature Communications een aluminium-zwavelbatterij die werkte bij 85 °C met een gesmolten chloroaluminaat-elektrolyt, waarbij 85,4% van de capaciteit behouden bleef na 1.400 cycli bij 1C.
• Het aluminium-ion batterijprototype van Stanford uit 2015 gebruikte een aluminium anode en een grafietkathode, wat ultrasnel opladen mogelijk maakte (ongeveer één minuut) en meer dan 7.500 cycli bij ongeveer 2 V.
• In 2014 demonstreerde Phinergy een auto die ongeveer 1.100 mijl kon rijden op aluminium-luchtbatterijen.
• Aluminium-luchtbatterijen bieden ongeveer drie keer de energiedichtheid per gewicht van lithium-ionbatterijen.
• In januari 2023 demonstreerde het Argonne National Laboratory Li–S-cellen met een redox-actieve tussenlaag die het shuttle-effect vrijwel elimineerde en meer dan 700 cycli mogelijk maakte.
• Lithium-zwavelcellen hebben in laboratoria energiedichtheden van rond de 400–500 Wh/kg aangetoond, en NASA’s SABERS-project mikt op ongeveer 500 Wh/kg voor elektrische luchtvaart.
• In augustus 2022 presenteerde Donald Sadoway van MIT een aluminium-zwavelbatterij met een aluminium anode en een zwavelkathode, waarbij gesmolten zout-elektrolyten werden gebruikt voor goedkope, veilige werking.
• In oktober 2024 kondigde Lyten plannen aan om ’s werelds eerste Li–S-batterijgigafabriek te bouwen in Nevada, met als doel 10 GWh/jaar tegen 2027.
• In maart 2025 haalde Theion €15 miljoen op om kristallijne-zwavel Li–S-cellen op te schalen, met de claim driemaal de energiedichtheid van Li-ion, een derde van de kosten en een derde van de CO₂-uitstoot, met plannen om van knoopcellen naar grotere pouchcellen te gaan.
• In 2023 presenteerden Phinergy en Indian Oil Corporation India’s eerste aluminium-lucht aangedreven voertuig, wat wijst op inzetpotentieel op de markt.

Stel je batterijen voor gemaakt van gewoon aluminiumfolie en zwavelpoeder, die alles van huizen tot elektrische auto’s van stroom voorzien tegen een fractie van de huidige kosten. Aluminium- en zwavelbatterijen komen op als veelbelovende alternatieven voor traditionele lithium-ioncellen, met het aanlokkelijke potentieel van goedkopere, veiligere en duurzamere energieopslag. In dit rapport duiken we in wat deze aluminium- en zwavelbatterijen zijn, hoe ze werken, de verschillende typen die in ontwikkeling zijn (inclusief een spannende combinatie van aluminium en zwavel), hun voordelen en uitdagingen, de belangrijkste spelers achter de doorbraken, en hoe recente innovaties in 2024–2025 de schone energie en elektrische voertuigen kunnen transformeren. (Alle bronnen zijn geciteerd voor geloofwaardigheid.)

Wat zijn aluminium- en zwavelbatterijen?

Aluminiumbatterijen en zwavelbatterijen vertegenwoordigen twee brede families van volgende-generatie oplaadbare batterijtechnologieën die de beperkingen van de huidige lithium-ionbatterijen willen aanpakken. Simpel gezegd gebruiken ze aluminium of zwavel (of beide) in hun elektrochemische reacties in plaats van uitsluitend te vertrouwen op lithium-gebaseerde chemieën. Net als elke batterij hebben deze drie hoofdonderdelen – een positieve elektrode (kathode), een negatieve elektrode (anode), en een elektrolyt ertussen die ionen transporteert tijdens het laden en ontladen. Het belangrijkste verschil is de chemie: in aluminiumbatterijen dient het metaal aluminium vaak als de anode (en levert in sommige ontwerpen de ladingsdragende ionen), terwijl in zwavelbatterijen het element zwavel typisch als kathodemateriaal fungeert dat ionen van een metalen anode (zoals lithium of natrium) opneemt.

Waarom aluminium of zwavel onderzoeken? Beide elementen zijn ongelooflijk overvloedig en goedkoop in vergelijking met lithium en kobalt die in Li-ion-cellen worden gebruikt. Aluminium is het meest voorkomende metaal in de aardkorst en heeft een zeer hoge theoretische capaciteit voor het opslaan van lading (elke Al-atoom kan 3 elektronen afgeven, wat het een laadcapaciteit van 2,98 Ah per gram geeft, wat enorm is) nature.com. Zwavel is een van de goedkoopste niet-metaal elementen (vaak een bijproduct van olieraffinage) en kan met twee lithiumionen per atoom binden, waardoor een zeer hoog energiedicht potentieel mogelijk is nature.com, anl.gov. In principe zouden batterijen die aluminium of zwavel gebruiken meer energie kunnen opslaan voor een bepaald gewicht en veel minder kunnen kosten dan de huidige lithium-ion-accu’s. Zoals onderzoekers van het Argonne National Laboratory uitleggen: “Zwavel is extreem overvloedig en kosteneffectief en kan meer energie bevatten dan traditionele ion-gebaseerde batterijen.” anl.gov Evenzo is aluminium goedkoop, ruim beschikbaar en slaat het lading dicht op, zowel qua gewicht als volumenature.com.

Een andere grote drijfveer is veiligheid en duurzaamheid. Lithium-ion-batterijen gebruiken brandbare organische vloeibare elektrolyten en vereisen vaak schaarse metalen (zoals kobalt, nikkel, lithium) die zorgen voor problemen in de toeleveringsketen en ethische kwesties. Daarentegen kunnen veel aluminium- en zwavelbatterijontwerpen niet-brandbare elektrolyten gebruiken (zoals ionische vloeistoffen of gesmolten zouten) en vermijden ze conflictmineralen. Zo gebruikt een recent lithium-zwavelbatterijontwerp alleen “ruim beschikbare lokale materialen, waardoor de noodzaak voor gedolven mineralen zoals nikkel, kobalt, mangaan en grafiet wordt geëlimineerd,” volgens batterij-startup Lyten lyten.com. MIT-professor Donald Sadoway – een toonaangevende batterij-innovator – is expliciet op zoek naar “goedkope, op aarde overvloedige” ingrediënten om iets uit te vinden dat “veel beter is dan lithium-ion”, en koos in zijn nieuwste batterijchemie voor aluminium als anode en zwavel als kathode news.mit.edu.

Kortom, aluminium- en zwavelbatterijen zijn een poging om een goedkopere, veiligere en meer ethische batterij te bouwen door gebruik te maken van elementen die overvloedig zijn (geen wereldwijde schaarste), goedkoop en van nature een hoge capaciteit hebben. Laten we nu bekijken hoe deze batterijen in de praktijk werken en welke verschillende typen er in ontwikkeling zijn.

Hoe werken ze? (Batterij-basisprincipes in eenvoudige taal)

Aluminium-gebaseerde batterijen gebruiken doorgaans aluminium als anode. Wanneer de batterij ontlaadt, staat het aluminium metaal elektronen af (waardoor er een elektrische stroom ontstaat) en aluminiumionen (Al³⁺) die via het elektrolyt naar de kathode reizen. Afhankelijk van het type batterij, intercaleren (plaatsen) deze aluminiumionen zich in een kathodemateriaal of reageren ze ermee. Bijvoorbeeld, in een aluminium-ionbatterij bewegen Al³⁺-ionen in een gelaagde kathode (zoals grafiet of een metaaloxide) en weer terug tijdens het opladen news.stanford.edu. In een aluminium-zwavelbatterij reageren de aluminiumionen met zwavel aan de kathode om aluminium-zwavelverbindingen te vormen tijdens het ontladen, en keren ze terug naar aluminium metaal bij het opladen nature.com. En in aluminium-luchtbatterijen reageert aluminium metaal met zuurstof uit de lucht aan een speciale kathode, waarbij aluminiumoxide of -hydroxide ontstaat – een reactie die elektriciteit vrijmaakt totdat de aluminium anode is opgebruikt.

Zwavel-gebaseerde batterijen bevatten meestal een zwavelkathode gekoppeld aan een metalen anode (lithium is het meest gebruikelijk, maar natrium en zelfs magnesium of aluminium kunnen worden gebruikt). Neem als voorbeeld lithium-zwavel (Li-S): bij ontlading staan lithium-metaalatomen aan de anode elektronen af en worden lithiumionen (Li⁺) die via het elektrolyt naar de zwavelkathode reizen. De zwavel (S₈-moleculen) daar wordt omgezet in lithiumsulfide (Li₂S) door lithiumionen op te nemen – feitelijk neemt zwavel lithiumionen op en elektronen om nieuwe verbindingen te vormen, waarbij energie wordt opgeslagen in de chemische bindingen. Tijdens het opladen keert dit proces om: de lithiumionen verlaten de zwavel en keren terug naar de anode, en zwavel wordt weer gevormd. Omdat elk zwavelatoom twee lithiumatomen kan binden, en S₈-ringen uiteen kunnen vallen in verschillende lithiumpolysulfidemoleculen, kunnen Li-S-batterijen in theorie 3–5 keer meer energie per gewicht opslaan dan Li-ion. Natrium-zwavel (Na-S) batterijen werken op analoge wijze met natriumionen en vormen meestal natriumpolysulfiden of natriumsulfide.

In al deze batterijen pendelen ionen heen en weer door een elektrolyt terwijl elektronen via een extern circuit stromen – zo laadt en ontlaadt de batterij. Het elektrolyt kan een vloeistof, gel of vaste stof zijn die de ionen laat bewegen, maar de elektronen dwingt om via het circuit te gaan (wat je apparaat van stroom voorziet). Belangrijk is dat sommige van deze nieuwe chemieën speciale elektrolyten vereisen om te functioneren. Aluminium-ionbatterijen vertrouwen vaak op ionische vloeistof of gesmolten zout-elektrolyten omdat Al³⁺-ionen sterk reageren met typische oplosmiddelen. Sterker nog, vroege oplaadbare aluminiumbatterijen werden pas haalbaar toen onderzoekers een ionische vloeistof op kamertemperatuur (gebaseerd op chloroaluminaatzouten) vonden die aluminiumionen efficiënt in en uit een grafietkathode laat bewegen news.stanford.edu. Evenzo gebruiken lithium-zwavelbatterijen vaak aangepaste vloeibare elektrolyten of vaste elektrolyten om problemen te voorkomen die we later zullen bespreken (zoals zwavel die in het elektrolyt lekt).

Samengevat in eenvoudige termen: aluminiumbatterijen wekken energie op doordat het aluminiummetaal meerdere elektronen per atoom afgeeft (ongelooflijk hoge lading per metaalatoom) en bindingen vormt, hetzij met een gastkathode, hetzij met zuurstof/zwavel, terwijl zwavelbatterijen energie opwekken doordat een licht, overvloedig element (zwavel) metaalionen en elektronen opvangt in energierijke verbindingen. Beide ontwerpen gaan verder dan de enkele lithiumion-overdracht van huidige batterijen en kunnen mogelijk meer energie per lading leveren. Laten we vervolgens kijken naar de specifieke varianten van deze batterijen die in ontwikkeling zijn.

Soorten op aluminium gebaseerde batterijen

Onderzoekers verkennen verschillende soorten batterijen die op verschillende manieren gebruikmaken van aluminium:

• Oplaadbare aluminium-ionbatterijen (Al-Ion): Deze batterijen gebruiken aluminium als anode en meestal een grafietkathode met een speciaal ionisch vloeistofelektrolyt. Een bekend vroeg voorbeeld kwam van de Stanford University in 2015, waar wetenschappers een prototype aluminium-ionbatterij demonstreerden met een aluminium anode en een grafietkathode in een ionische vloeistof. Deze toonde ultrasnel opladen (een kleine cel kon in ongeveer één minuut worden opgeladen!) en een extreem lange levensduur (meer dan 7.500 laadcycli zonder capaciteitsverlies) news.stanford.edu. De Stanford-cel was ook zeer veilig – onderzoekers konden door de pouchcel heen boren zonder dat deze vlam vatte, in tegenstelling tot lithiumcellen news.stanford.edu. Echter, de spanning was lager (~2 volt, ongeveer de helft van de spanning van een typische Li-ioncel) news.stanford.edu, wat betekent dat er meer cellen in serie nodig zijn om bruikbare spanningen te bereiken. Belangrijkste aantrekkingskracht: Al-ionbatterijen beloven snel opladen, lange levensduur en verbeterde veiligheid (geen brandgevoelige componenten), met gebruik van goedkope materialen (aluminium en koolstof) news.stanford.edu. Lopend onderzoek richt zich op het verhogen van de energiedichtheid door betere kathodes en elektrolyten te vinden om de spanning en capaciteit te vergroten news.stanford.edu. Verschillende groepen wereldwijd (van Stanford tot Chinese universiteiten news.mit.edu) werken aan de ontwikkeling van aluminium-iontechnologie. Zo onderzoeken wetenschappers diverse kathodematerialen (zelfs metaal-sulfiden nature.com) om aluminiumionen effectiever op te slaan nature.com.
• Aluminium-luchtbatterijen: Aluminium-lucht is een primaire batterij (niet oplaadbaar met elektriciteit, maar mogelijk mechanisch “bij te vullen”) waarbij aluminium metaal reageert met zuurstof uit de lucht om elektriciteit op te wekken. Deze cellen hebben een indrukwekkend hoge energiedichtheid omdat de kathode gewoon omgevingslucht is – waardoor de batterij extreem licht is. In feite kunnen aluminium-luchtpakketten ongeveer 3 keer zoveel energie per gewicht leveren als lithium-ion op systeemniveau evreporter.com. Het nadeel is dat zodra de aluminium anode oxideert tot aluminiumhydroxide of -oxide, de cel “op” is en er nieuw aluminium nodig is om door te gaan. Dit maakt aluminium-lucht meer vergelijkbaar met een brandstofcel of een range extender: je zou een nieuwe aluminiumplaat plaatsen (en de gebruikte recyclen) in plaats van hem op te laden. Bedrijven zoals Phinergy in Israël zijn al jaren pioniers op het gebied van aluminium-luchtsystemen. In samenwerking met Indian Oil Corporation testen ze aluminium-luchtbatterijen in elektrische voertuigen en stationaire back-upunits. In 2023 demonstreerden ze een kleine elektrische auto in India die meer dan 500 km reed op aluminium-luchtcellen voordat een aluminium “bijvulling” nodig wasevreporter.com. Phinergy’s CEO David Mayer merkt op dat aluminium-luchttechnologie “veilig, niet-ontvlambaar” is, geen zware laadinfrastructuur vereist, en (door aluminium te vervangen) kan worden “opgeladen” “in een paar minuten” in plaats van uren evreporter.com. Het nadeel is dat er een hele toeleveringsketen moet worden opgezet om aluminiumplaten op grote schaal te produceren en te recyclen. Toch is deze technologie al commercieel in niches: zo worden de aluminium-luchtunits van Phinergy ingezet als noodstroomvoorziening voor telecomtorens (ter vervanging van dieselgeneratoren) in Israël en Europa evreporter.com. Aluminium-luchtbatterijen zullen waarschijnlijk niet direct de oplaadbare batterij in je telefoon vervangen, maar ze kunnen dienen als range extenders voor EV’s of opslag voor lange duur – en zo een enorme energiereserve bieden die je periodiek verwisselt.
• Aluminium-zwavelbatterijen: Fascinerend genoeg combineren sommige onderzoekers aluminium en zwavel in één batterij – waarbij aluminium als anode en zwavel als kathode wordt gebruikt, met een gesmolten zout of ionische vloeistof als elektrolyt. Deze hybride benadering probeert het beste van beide elementen te benutten: de hoge anodecapaciteit van aluminium en de hoge kathodecapaciteit van zwavel, allemaal met ongelooflijk goedkope materialen. In augustus 2022 onthulde een team onder leiding van Donald Sadoway van MIT een nieuw ontwerp voor een aluminium-zwavelbatterij dat direct de krantenkoppen haalde vanwege de lage kosten en prestaties. Het gebruikt gesmolten chloro-aluminaatzouten als elektrolyt, die werken bij een bescheiden temperatuur (ongeveer 110 °C, vergelijkbaar met een hete kop koffie) om het zout vloeibaar te houden news.mit.edu. Het verwarmde elektrolyt was een slimme keuze: het is niet alleen niet-ontvlambaar en goedkoop, het voorkwam ook dendrieten – die lastige metalen uitsteeksels die batterijen kortsluiten. Zoals Sadoway het verwoordde, heeft het gekozen zout “deze op hol geslagen dendrieten in feite buiten werking gesteld, terwijl het ook zeer snel opladen mogelijk maakt” news.mit.edu. Zijn aluminium-zwavel prototypecel kon in minder dan een minuut worden opgeladen zonder kortsluiting, en ging honderden cycli mee met een geschatte kostprijs per cel van ongeveer één zesde van die van vergelijkbare lithium-ioncellen news.mit.edu. Dit is een enorme kostenreductie, bevestigd door externe analisten; de materiaalkosten voor deze batterijen kunnen 85% lager zijn dan die van lithium-ion volgens Science magazine news.mit.edu. De visie is om dergelijke cellen te gebruiken voor stationaire opslag (bijv. het opslaan van zonne-energie voor gebruik ’s nachts) en mogelijk voor ondersteuning van snel opladen van EV’s. Het ontwerp van Sadoway wordt op de markt gebracht door een startup genaamd Avanti, die van plan is de cellen op te schalen en in de nabije toekomst stresstests uit te voeren news.mit.edu. Ondertussen gaan andere groepen verder met het aluminium-zwavelconcept: in januari 2024 meldden onderzoekers in China een oplaadbare Al-S batterij die kan werken bij 85 °C (net onder het kookpunt van water, nog eenvoudiger te onderhouden) met een uitstekende levensduur – meer dan 1.400 cycli met slechts 15% capaciteitsverlies, en de mogelijkheid om op die temperatuur snel op te laden nature.com. Het verlagen van de bedrijfstemperatuur tot onder 100 °C betekent dat eenvoudig verwarmen met heet water de batterij kan onderhouden, wat “het thermisch beheer sterk vereenvoudigt” en de deur opent naar bredere toepassingen nature.com. Kortom: Aluminium-zwavelbatterijen zouden een gamechanger kunnen worden voor netopslag en misschien voor bepaaldein voertuigen, door ultrag goedkopere, brandwerende batterijen te leveren die gebruikmaken van op aarde overvloedig aanwezig aluminium (het meest voorkomende metaal) en zwavel (het goedkoopste niet-metaal) news.mit.edu.

Soorten op zwavel gebaseerde batterijen

Verschillende batterijtechnologieën maken gebruik van zwavelkathodes in combinatie met verschillende anodes:

• Lithium-zwavel (Li-S) batterijen: Lithium-zwavel is een van de meest bestudeerde “post-lithium” chemieën vanwege zijn torenhoge energiepotentieel. Een Li-S-cel kan theoretisch tot 5x zoveel energie per gewicht opslaan als een lithium-ion-cel, omdat zwavel zo licht is en elk zwavelatoom meerdere lithiumatomen kan binden. In de praktijk hebben Li-S-batterijen in laboratoria al energiedichtheden van rond de 400–500 Wh/kg aangetoond (ongeveer het dubbele van Li-ion) businessaviation.aero, apricum-group.com. Ze zijn ook aantrekkelijk omdat ze zeer goedkoop en milieuvriendelijk zijn – zwavel kost vrijwel niets en is overvloedig aanwezig, en Li-S-cellen bevatten geen kobalt of nikkel. Het Achilleshiel van Li-S is echter de levensduur en stabiliteit. Traditionele Li-S-prototypes hadden last van het “polysulfide shuttle”-effect: tussenliggende zwavelverbindingen (polysulfiden) lossen tijdens het laden en ontladen op in de elektrolyt en migreren naar de lithiumanode, wat zelfontlading, corrosie en snelle capaciteitsafname veroorzaakt anl.gov. Ze ondergaan ook aanzienlijke “ademhaling” (volume veranderingen) – zwavel zet sterk uit en krimpt tijdens het laden/ontladen, wat de celstructuur kan beschadigen reuters.com. Door deze problemen gingen vroege Li-S-batterijen al na enkele tientallen cycli kapot. Het goede nieuws is dat recente doorbraken deze problemen oplossen. Onderzoekers hebben nanogestructureerde koolstofkathodes en elektrolytadditieven ontwikkeld om polysulfiden vast te houden en de levensduur te verlengen nature.com. In januari 2023 demonstreerde Argonne National Lab een Li-S-cel met een speciale poreuze “redox-actieve” tussenlaag die het shuttleprobleem vrijwel elimineerde, waardoor de batterij 700+ cycli kon doorstaan met behoud van hoge capaciteit anl.gov. “Eerdere [zwavel]batterijen onderdrukten het shuttling alleen maar ten koste van energie. Onze laag voegt opslagcapaciteit toe en onderdrukt het shuttle-effect,” legde Argonne-chemicus Guiliang Xu uit anl.gov. Dit suggereert dat Li-S-batterijen zowel een hoge energiedichtheid als een lange levensduur kunnen hebben. Sterker nog, bedrijven racen nu om ze te commercialiseren: Lyten, een startup uit Californië, heeft een lithium-zwavelcel ontwikkeld die is versterkt met gepatenteerde 3D-graphenematerialen en richt zich op nichemarkten zoals drones, lucht- en ruimtevaart en defensie in 2024–2025 lyten.com. Lyten beweert dat hun Li-S-batterijen 40% lichter zijn dan de huidige lithium-ion (en 60% lichter dan ijzer-fosfaatbatterijen), terwijl ze goedkoper zijn op schaal door het elimineren van nikkel, kobalt en andere dure materialen lyten.com. Een ander bedrijf, Theion (Duitsland), werkt aan kristallijne zwavelkathodes en meldde onlangs Li-S-cellen met 3× de energiedichtheid van Li-ion, voor slechts een derde van de kosten, en mogelijk een derde van de productie-emissies reuters.com. Theion’s CEO Ulrich Ehmes zei dat hun batterijen – die de corrosieproblemen vermijden door een stabiele vorm van zwavel en een vooraf uitgezet ontwerp te gebruiken – in elektrische voertuigen kunnen zitten “voor het einde van het decennium” als de ontwikkeling op schema blijft reuters.com. Kortom, lithium-zwavelbatterijen staan op het punt om van het lab naar de markt te gaan, en beloven ultralichte, energie-rijke packs voor toepassingen waar elk kilogram telt (elektrische vliegtuigen, langeafstands-EV’s, ruimtevaart).
• Natrium-zwavel (Na-S) batterijen: Natrium en zwavel klinken misschien als een onwaarschijnlijk paar (natrium is extreem reactief, en vroege Na-S batterijen werkten heet op 300°C), maar deze chemie heeft een lange geschiedenis voor netopslag. Hoogtemperatuur Na-S batterijen worden al decennialang gebruikt voor energieopslag op nuts-schaal (met name door NGK in Japan) – ze werken met gesmolten natrium en zwavel gescheiden door een vaste keramische elektrolyt, wat zorgt voor een goede efficiëntie en levensduur voor stationaire opslag. De noodzaak om ze op ~300 °C te houden, beperkte echter bredere toepassing. Recent is er opwinding over natrium-zwavel batterijen op kamertemperatuur die een goedkoop, veilig alternatief kunnen bieden voor grootschalige opslag. Eind 2022 kondigde een team van de Universiteit van Sydney een “goedkope batterij met vier keer de capaciteit van lithium-ion” aan, gebruikmakend van een nieuw Na-S ontwerp op kamertemperatuur sydney.edu.au. Door gebruik te maken van een poreuze koolstofelektrode en een eenvoudige thermische behandeling (pyrolyse) om een meer reactieve vorm van zwavel te creëren, bereikten ze superhoge capaciteit en ultralange levensduur bij kamertemperatuur, waarmee ze de eerdere “trage” prestaties van Na-S overwonnen sydney.edu.au. Hoofdonderzoeker Dr. Shenlong Zhao zei dat deze natrium-zwavel batterij “het potentieel heeft om de kosten drastisch te verlagen en tegelijkertijd vier keer zoveel opslagcapaciteit te bieden. Dit is een belangrijke doorbraak voor de ontwikkeling van hernieuwbare energie…” sydney.edu.au. Natrium en zwavel zijn inderdaad nog overvloediger en goedkoper dan lithium, dus een succesvolle Na-S batterij zou een zegen kunnen zijn voor energieopslag op netniveau – waardoor grote batterijen voor wind-/zonneparken mogelijk worden tegen minimale kosten. Hoewel Na-S cellen niet kunnen tippen aan Li-ion voor compacte EV-toepassingen (natrium is zwaarder, en deze cellen zijn momenteel groter van formaat), zouden ze een cruciaal onderdeel kunnen worden van de infrastructuur voor schone energie, en veilige en goedkope opslag bieden voor wanneer de zon niet schijnt of de wind niet waait sydney.edu.au. Wereldwijd (China, Australië, Europa) wordt er onderzoek gedaan om Na-S batterijen op kamertemperatuur te verfijnen voor commercialisering.
• Andere op zwavel gebaseerde batterijen: Naast Li-S en Na-S hebben onderzoekers geëxperimenteerd met zwavelkathodes in combinatie met andere metalen zoals magnesium of calcium, en zelfs met het koppelen van zwavel aan aluminium (zoals eerder besproken). Deze multivalente metaal-zwavelbatterijen (waarbij het metaalion meer dan één lading draagt, bijv. Al³⁺ of Mg²⁺) zijn om dezelfde reden aantrekkelijk als aluminium of zwavel alleen – overvloed en hoge capaciteit – maar ze hebben te maken met nog complexere chemie en bevinden zich meestal in vroege onderzoeksstadia advanced.onlinelibrary.wiley.com. Zo hebben magnesium-zwavelcellen moeite met elektrolytcompatibiliteit en trage kinetiek. Vastestof-zwavelbatterijen zijn een andere geavanceerde variant: door gebruik te maken van een vaste elektrolyt (vaak een sulfide of polymeer), proberen wetenschappers Li-S-cellen te maken die veiliger zijn (geen brandbare vloeistof) en die de polysulfide-shuttle volledig onderdrukken onlinelibrary.wiley.com, businessaviation.aero. NASA is actief bezig met de ontwikkeling van een vastestof lithium-zwavelbatterij (project SABERS) met een zwavel-seleniumkathode en een nieuwe vaste elektrolyt, waarmee energiedichtheden van ~500 Wh/kg worden bereikt, geschikt voor elektrische luchtvaart businessaviation.aero. De aantrekkingskracht van zwavel – licht, overvloedig, krachtig – heeft het centraal geplaatst in veel futuristische batterijconcepten.

Nu we het landschap van aluminium- en zwavelbatterijtypen hebben behandeld, kunnen we vergelijken hoe deze technologieën zich verhouden tot de heersende lithium-ionbatterij en welke unieke voordelen ze bieden.

Belangrijkste voordelen en pluspunten ten opzichte van lithium-ion

Zowel op aluminium als op zwavel gebaseerde batterijen beloven aanzienlijke voordelen op het gebied van kosten, duurzaamheid en prestaties als hun ontwikkeling succesvol wordt voortgezet. Hier zijn de belangrijkste voordelen:

• 🌎 Overvloedige, goedkope materialen: Aluminium en zwavel zijn goedkoop en overal in overvloed. Aluminium is het meest voorkomende metaal in de aardkorst, en zwavel is een veelvoorkomend bijproduct van raffinage. Dit betekent dat de materiaalkosten drastisch lager kunnen zijn. Een rapport van Science merkte op dat de grondstoffen voor een aluminium-zwavelbatterij 85% goedkoper kunnen zijn dan die voor lithium-ionbatterijen news.mit.edu. Theion (een zwavelbatterij-startup) beweert eveneens dat hun cellen slechts een derde kosten van Li-ioncellen reuters.com. In de woorden van Sadoway zijn deze batterijen “ethisch gewonnen, goedkoop, [en] effectief” news.mit.edu – ze vermijden dure metalen die vaak gelinkt zijn aan problematische mijnbouw. Het gebruik van overvloedige grondstoffen betekent ook minder knelpunten in de toeleveringsketen; we zullen geen tekort aan lithium of kobalt hebben als aluminium- en zwavelbatterijen doorbreken.
• 🔥 Verbeterde veiligheid (niet-ontvlambaar): Veel nieuwe aluminium/zwavelbatterijen zijn ontworpen om veel veiliger te zijn. In plaats van ontvlambare organische elektrolyten gebruiken ze mogelijk anorganische gesmolten zouten of vaste elektrolyten die niet ontbranden news.mit.edu. Aluminium-ion- en aluminium-zwavelcellen, gedemonstreerd door Stanford en MIT, “vatten geen vlam, zelfs niet als je erdoorheen boort” of bij hoge temperatuur werken news.stanford.edu, news.mit.edu. Evenzo kunnen zwavelkathodes in combinatie met vaste of gel-elektrolyten thermische runaway beter weerstaan dan conventionele Li-ion. Phinergy’s aluminium-lucht systeem is van nature niet-brandbaar en “veilig, niet-ontvlambaar” in gebruik evreporter.com. Verhoogde veiligheid beschermt niet alleen gebruikers, maar vereenvoudigt ook transport en productie (geen dure koeling of brandbeveiliging nodig in batterijpacks).
• ⚡ Hoge energiedichtheid & lichtgewicht: Beide chemieën bieden de mogelijkheid tot hogere energieopslag per gewicht dan de huidige batterijen. Lithium-zwavelbatterijen hebben bijvoorbeeld ~500 Wh/kg bereikt in prototypes businessaviation.aero – ongeveer het dubbele van de beste Li-ion, waardoor veel lichtere accupakketten mogelijk zijn. Lyten meldt dat zijn Li-S-cellen tot 40% lichter dan Li-ion pakketten zullen zijn voor dezelfde energie lyten.com. Theion mikt op 3x de energiedichtheid van Li-ion reuters.com. Voor elektrische voertuigen en vliegtuigen kan dit betekenen: een groter bereik of een hoger laadvermogen bij hetzelfde batterijgewicht. Aluminium-lucht is qua energiedichtheid ongeëvenaard (het werd een paar jaar geleden gebruikt om een record van 1.100 mijl met een EV op één aluminium-lucht “tank” te zetten), zij het met noodzaak tot bijvullen. Zelfs aluminium-ionbatterijen, hoewel lager in theoretische energie dan Li-S, kunnen uitblinken in vermogensdichtheid – de cel van Stanford kon volledig opladen in één minuut news.stanford.edu, wat wijst op batterijen die net zo snel opladen als een tankbeurt. Kortom, deze technologieën kunnen zorgen voor veel meer energie (voor langdurig gebruik) of veel snellere ontlaad-/laadsnelheden dan Li-ion, of beide.
• 🔋 Potentieel voor lange levensduur: Goed ontworpen aluminium- en zwavelbatterijen kunnen even lang of langer meegaan dan Li-ion. Aluminium-metaalanodes vormen niet hetzelfde soort dendrieten als lithium (vooral met de juiste elektrolyten) news.mit.edu, waardoor ze zeer duurzaam kunnen zijn. De Stanford Al-ion-cel overleefde meer dan 7.500 cycli (een orde van grootte meer dan Li-ion) news.stanford.edu. Zwavelcellen hadden historisch gezien een korte levensduur, maar nieuwe ontwerpen (interlagen, solid-state, enz.) halen nu honderden tot duizenden cycli met minimaal verlies anl.gov, nature.com. Voor stationaire opslag is een batterij die betrouwbaar elke dag gedurende 10+ jaar kan cyclen cruciaal, en ontwikkelaars van deze chemieën zijn sterk gefocust op stabiliteit.
• ♻️ Milieu- & Ethische Voordelen: Omdat ze gebruikmaken van gemakkelijk beschikbare materialen, vermijden deze batterijen de milieuschade die gepaard gaat met het delven en verwerken van schaarse metalen zoals kobalt, nikkel en lithium. Er is ook een vermindering van de ingebedde CO₂-voetafdruk van de batterij. Theion schat dat hun zwavelbatterijcellen slechts één derde van de CO₂ zullen uitstoten tijdens de productie vergeleken met Li-ion cellen reuters.com. Zwavel is vaak een afvalproduct (miljoenen tonnen liggen opgeslagen), dus het gebruik ervan in batterijen is in wezen het recyclen van industrieel afval. Aluminium is ook zeer goed recyclebaar – een bestaand wereldwijd recyclingnetwerk kan worden benut om aluminium uit gebruikte batterijen eenvoudig terug te winnen. Ethisch gezien omzeilt het gebruik van zwavel en aluminium de kinderarbeid en mensenrechtenproblemen die kobaltwinning hebben geteisterd. Al deze factoren betekenen dat next-gen batterijen duurzamer en maatschappelijk verantwoorder kunnen zijn gedurende hun hele levenscyclus.
• 💡 Snel Opladen en Hoge Vermogen: Sommige aluminium/zwavel-ontwerpen tonen ultrasnelle oplaadmogelijkheden. We hebben het 60-seconden opladen in laboratoriumtests genoemd news.stanford.edu. Daarnaast hebben aluminium-zwavelcellen in het lab gewerkt bij zeer hoge laadsnelheden (bijv. opladen op 1C of hoger bij verhoogde temperatuur met uitstekende retentie) nature.com. Aluminium-lucht kan “opgeladen” worden door simpelweg het aluminium te vervangen. Deze eigenschappen kunnen een van de grootste klachten van consumenten over EV’s en gadgets verlichten – lange oplaadtijden – en ook een hoog vermogen leveren wanneer nodig (stel je gereedschap of EV’s voor met aluminiumbatterijen die een krachtige stoot geven zonder spanningsval).

Het is belangrijk op te merken dat niet elk van deze voordelen in gelijke mate geldt voor alle varianten (bijvoorbeeld, aluminium-lucht levert veel energie maar is niet elektrisch oplaadbaar; aluminium-ion laadt snel op maar heeft een lagere spanning; Li-S is superlicht maar heeft momenteel een matige levensduur). Echter, de algemene belofte van aluminium- en zwavelbatterijen is dat we de kosten en afhankelijkheid van zeldzame materialen drastisch kunnen verlagen terwijl we gelijke of betere prestaties leveren op belangrijke gebieden als veiligheid, energie en vermogen.

Uitdagingen en Technische Obstakels

Als aluminium- en zwavelbatterijen zo geweldig zijn, waarom zijn ze dan nog niet overal? De waarheid is dat deze technologieën aanzienlijke uitdagingen kennen die onderzoekers en ingenieurs nog proberen te overwinnen:

• Polysulfide Shuttle en Kathode Degradatie (Zwavelproblemen): In lithium-zwavel- en andere zwavelkathodebatterijen is het beruchte polysulfide shuttle-probleem een showstopper geweest. Tijdens het cyclen van de batterij doorloopt zwavel tussenstadia die kunnen oplossen in het elektrolyt en naar de anode kunnen migreren, wat zelfontlading, verlies van actief materiaal en zelfs schadelijke reacties met de anode veroorzaakt anl.gov. Dit leidt tot een snelle capaciteitsafname. Bovendien hebben zwavelkathodes de neiging om uit te zetten en te krimpen (tot wel ~80% volumeverandering) wanneer ze omgezet worden naar lithiumsulfide en weer terug reuters.com. Dit “ademen” kan de kathode na verloop van tijd verpulveren of loslaten van de stroomverzamelaar. Hoewel nieuwe strategieën (zoals het toevoegen van beschermende tussenlagen anl.gov, het gebruik van nanogestructureerde koolstofdragers, of vaste elektrolyten) deze problemen hebben verminderd, blijft het waarborgen dat een zwavelbatterij honderden cycli in reële omstandigheden meegaat een belangrijke uitdaging.
• Dendrieten en Platingproblemen (Metaalanodes): Aluminium-metaalanodes, net als andere metaalanodes, kunnen dendrieten (dunne, geleidende filamenten) vormen tijdens het opladen, wat het risico op kortsluiting van de cel met zich meebrengt. Een belangrijke reden waarom aluminiumbatterijen lange tijd mislukten, was dat niemand het herhaaldelijk en betrouwbaar kon laten neerslaan/oplossen van aluminium – vaak vormde zich een “mossige” afzetting of werd het gedeactiveerd door de vorming van een oppervlakteoxide. De ionische vloeistof- en gesmolten zout-elektrolyten hebben dit probleem grotendeels weten te “temmen” (waarbij één team meldde dat hun gesmolten-zout Al-batterij “nooit cellen verloor door dendrietkortsluiting” in snel-laadtesten news.mit.edu). Maar als een meer conventioneel elektrolyt wordt gebruikt, kunnen dendrieten of nevenreacties met de aluminiumoxidecoating problematisch zijn. Evenzo, als lithiummetaal wordt gebruikt als anode in zwavelbatterijen (gebruikelijk in Li-S ontwerpen), ontstaan lithiumdendrieten en veiligheidsproblemen, vooral bij gebruik van vloeibare elektrolyten. Onderzoekers combineren Li-S vaak met beschermende membranen of solid-state ontwerpen om lithiumdendrieten te voorkomen.
• Lage bedrijfsspanning en energie-efficiëntie (Aluminium-ion): Aluminium-ionbatterijen, vooral die met intercalatie (bijv. grafietkathodes), hebben doorgaans een lagere celspanning dan Li-ion. De beroemde aluminium-ioncel van Stanford leverde ongeveer 2,0 volt news.stanford.edu, terwijl een lithium-ioncel ~3,7 V nominaal is. Dit komt deels door de chemie van Al³⁺-intercalatie en de beperkingen van de elektrolyt. Lagere spanning betekent dat je meer cellen in serie nodig hebt (wat complexiteit en enig energieverlies toevoegt) om een gewenste accupakketspanning te bereiken. Er is ook het probleem dat multivalente ionen zoals Al³⁺ trage kinetiek hebben in vaste stoffen – het verplaatsen van een +3 geladen ion is moeilijker dan een +1 ion zoals Li⁺, dus hoge vermogens halen kan lastig zijn tenzij de temperatuur wordt verhoogd of speciale elektrolyten worden gebruikt nature.com. Sommige Al-batterijen werken alleen goed bij verhoogde temperaturen (60–100 °C), wat het gebruik in consumentenelektronica kan bemoeilijken (niemand wil een constant hete batterij in zijn telefoon!). Het goede nieuws: innovaties in elektrolyten (zoals het toevoegen van bepaalde zouten of het gebruik van nieuwe mengsels) verbeteren de aluminium-iongeleiding bij lagere temperaturen nature.com.
• Temperatuureisen: Zoals vermeld, gebruiken verschillende aluminium- en natriumgebaseerde ontwerpen gesmolten zout-elektrolyten die warm moeten worden gehouden. De MIT aluminium-zwavelbatterij werkt bijvoorbeeld optimaal bij ongeveer 110 °C news.mit.edu, en zelfs de verbeterde variant werkt bij 85 °C nature.com. Hoewel dit industrieel gezien niet extreem heet is, betekent het dat een accupakket isolatie en misschien een kleine verwarming nodig heeft om binnen het juiste bereik te blijven. Dit is prima voor stationaire opslag (waar een koelkastformaat batterij thermisch kan worden beheerd), maar vormt een uitdaging voor draagbare toepassingen en EV’s, tenzij de warmte zelfvoorzienend kan zijn (de cel van Sadoway verwarmt zichzelf tijdens het laden/ontladen om de temperatuur te behouden news.mit.edu). Werken bij hoge temperatuur vereist ook robuuste afdichting en veiligheidsmaatregelen (al is het voordeel dat er geen brandgevaar is). Onderzoekers werken eraan om de bedrijfstemperaturen te verlagen en verkennen zelfs kamertemperatuurchemie voor zowel Al- als Na-gebaseerde systemen nature.com.
• Laadinfrastructuur en “bijtanken” (Al-Air): Uniek aan aluminium-lucht (en vergelijkbare metaal-lucht systemen) is het probleem dat ze niet oplaadbaar zijn door ze aan een oplader te hangen. Je moet het aluminium anode vervangen of recyclen zodra deze is opgebruikt. Dit vereist het opzetten van een volledige infrastructuur voor het wisselen van aluminium platen of cartridges, het inzamelen van de gebruikte exemplaren en het recyclen van aluminium (waarschijnlijk via een smeltproces aangedreven door elektriciteit, waarmee het aluminium feitelijk wordt “opgeladen”). Indian Oil en Phinergy werken actief aan dit ecosysteem evreporter.com, maar het is een ander paradigma dan tankstations of laadstations. Zonder brede ondersteuning zou aluminium-lucht een niche kunnen blijven. Daarnaast moet het bijproduct van aluminium-lucht (aluminiumhydroxide) worden afgevoerd – hoewel dit kan worden gerecycled tot nieuw aluminium of andere producten.
• Opschaling van productie en integratie: Lithium-ion technologie heeft een voorsprong van 30 jaar met grootschalige productie, geoptimaliseerde toeleveringsketens en een goed opgeleide beroepsbevolking. Elke nieuwe batterijchemie staat voor de uitdaging om van laboratorium- of pilotschaal naar gigafabriekschaal te gaan. Aluminium- en zwavelbatterijen kunnen nieuwe productieprocessen vereisen (bijvoorbeeld het omgaan met vochtgevoelige ionische vloeistoffen of vaste elektrolyten, of nieuwe celontwerpen zoals Theion’s gestapelde elektroden). Opschalen zonder defecten en tegen lage kosten is niet eenvoudig. Er is ook het probleem van integratie – kunnen deze nieuwe batterijen direct in bestaande apparaten of voertuigen worden geplaatst, of zijn er nieuwe ontwerpen nodig? Verschillende spanningsprofielen, formaten of bedrijfsomstandigheden kunnen betekenen dat alles opnieuw moet worden ontworpen, van batterijbeheersystemen tot het chassisontwerp van auto’s. Deze overgangskosten en onzekerheden kunnen de adoptie vertragen.
• Huidige status (technologische gereedheid): Hoewel 2024 en 2025 grote doorbraken hebben gezien (zoals we hierna zullen belichten), bevinden veel aluminium- en zwavelbatterijtechnologieën zich nog in de prototype- of vroege commerciële fase. Geen enkele heeft tot nu toe de massale uitrol gezien die lithium-ion kent. Zo komen lithium-zwavelcellen nu pas op beperkte schaal op de markt, zoals voor drones en satellieten, waar hun korte levensduur kan worden getolereerd of gecompenseerd. Aluminium-zwavel en aluminium-ion bevinden zich in de demonstratie- en opschalingsfase; geen enkele elektrische auto of net heeft er al een grote in volledige dienst. Dit betekent dat er nog steeds het risico bestaat dat er onverwachte problemen opduiken bij gebruik in de praktijk (denk aan hoe Li-ion in het begin te maken kreeg met incidenten van thermische runaway). Het zal tijd, investeringen en waarschijnlijk enkele iteraties vergen voordat deze technologieën net zo betrouwbaar zijn als de gevestigde technologie. Een kritische kanttekening: lithium-ion wordt elk jaar ook beter – met nieuwe chemieën zoals lithium-ijzerfosfaat (LFP) en lithium-metaal solid-state in het vooruitzicht – dus aluminium- en zwavelbatterijen moeten niet alleen werken, maar ook concurreren met een steeds beter wordende gevestigde technologie.

Samengevat bieden aluminium- en zwavelbatterijen enorm veel potentie, maar brengen ze ook unieke uitdagingen met zich mee. Onderzoekers zijn openhartig dat er nog meer werk nodig is; zoals een team in 2022 schreef, ondanks de vooruitgang, “Al–S batteries have suffered poor rate capability and cycling stability” in het verleden, wat voortdurende innovatie in elektrolyten en elektroden vereist nature.com. Het overwinnen van deze uitdagingen is precies waar veel laboratoria en startups zich nu op richten.

Wie loopt er voorop? Belangrijke spelers in de ontwikkeling

Dit spannende vakgebied kent een mix van academische laboratoria, startups en industriële giganten die de grenzen verleggen. Hier zijn enkele van de opvallende spelers en wat zij doen:

• Massachusetts Institute of Technology (MIT) & Avanti: MIT is een broedplaats voor innovatieve batterijonderzoeken. De groep van professor Donald Sadoway aan MIT stond aan de wieg van het aluminium-zwavelbatterijconcept. Na het publiceren van de baanbrekende resultaten in Nature in 2022, richtte Sadoway Avanti op om de technologie te commercialiseren news.mit.edu. Het doel van Avanti is om de productie van aluminium-zwavelcellen op te schalen voor stationaire opslag en meer. Sadoway is ook bekend als medeoprichter van Ambri, een bedrijf dat vloeibare metaalbatterijen commercialiseert (met andere chemieën zoals calcium en antimoon). Ambri richt zich op grootschalige opslag voor het elektriciteitsnet en zou in 2024 systemen uitrollen youtube.com. Met Ambri en Avanti kunnen Sadoway’s innovaties grote utiliteitsbatterijen tot kleinere batterijen voor gebouwen of laadstations voor elektrische voertuigen omvatten news.mit.edu. De invloed van MIT stopt daar niet – de onderzoekers verkennen ook lithium-zwavel in projecten, en het instituut werkt vaak samen met nationale laboratoria en bedrijven aan geavanceerde batterijtechnologie.
• Stanford University & SLAC: Stanford zorgde al vroeg voor opschudding op het gebied van aluminium-ionbatterijen (het Al-ion prototype uit 2015 met snel opladen news.stanford.edu). Dat werk, geleid door Prof. Hongjie Dai, liet zien dat een eenvoudige grafietkathode een oplaadbare aluminiumbatterij mogelijk kon maken. Stanford doet nog steeds batterijonderzoek; zo heeft SLAC (het Stanford Linear Accelerator Lab) nieuwe kathodes voor aluminiumbatterijen onderzocht, zoals metaalsulfiden nature.com, en interfaciale chemie bestudeerd om de cycli te verbeteren. Hoewel de ontdekking van Stanford uit 2015 nog niet tot een commercieel product heeft geleid, toonde het de haalbaarheid aan en is het door veel latere studies geciteerd. Het onderstreepte ook Stanford’s ethos van open onderzoek dat leidt tot adoptie door de industrie (sommige Stanford-alumni op het gebied van batterijen zijn bij startups gegaan of hebben hun eigen bedrijf opgericht in de batterij-startupscene van de Bay Area).
• Graphene Manufacturing Group (GMG) & University of Queensland: In Australië ontwikkelt GMG (in samenwerking met de University of Queensland) een Graphene Aluminum-Ion Battery. Ze hebben indrukwekkende prestaties gemeld in knoopcelprototypes – met extreem snel opladen en een lange levensduur – waarbij grafeen (een vorm van koolstof) als kathodemateriaal wordt gebruikt in een aluminium-ionconfiguratie batteriesnews.com. GMG streeft ernaar hun technologie op te schalen naar pouchcellen die geschikt zijn voor consumentenelektronica of EV’s, en eind 2022 hadden ze een ontwikkelingsprogramma en een pilotproductielijn in voorbereiding graphenemg.com. Hun aanpak benadrukt de synergie van nano-materials (grafeen) met nieuwe chemieën zoals aluminium-ion om betere resultaten te behalen.
• Phinergy en Indian Oil (IOC): Phinergy is een Israëlische startup die al meer dan tien jaar pionier is op het gebied van aluminium-luchtbatterijen. Ze maakten in 2014 naam door een demowagen 1.100 mijl te laten rijden op aluminium-lucht, en richten zich sindsdien op echte producten voor noodstroomvoorziening en het vergroten van het bereik van elektrische voertuigen. Phinergy is een samenwerking aangegaan met Indian Oil Corporation om een joint venture (IOC Phinergy) te vormen die aluminium-luchttechnologie naar de Indiase markt brengt – potentieel enorm voor een land dat graag alternatieven voor olie zoekt en zijn aluminiumindustrie wil benutten. Begin 2023 toonde IOC Phinergy India’s eerste voertuig op aluminium-lucht en was het bezig met het opzetten van infrastructuur voor plaatproductie en recycling alcircle.com. Ook de Indiase overheid toont interesse, omdat aluminium-lucht de afhankelijkheid van geïmporteerd lithium kan verminderen. De technologie van Phinergy wordt al commercieel gebruikt als noodstroomvoorziening voor telecomtorens (waarbij dieselgeneratoren worden vervangen door emissievrije aluminium-luchtsystemen) evreporter.com, en ze werken samen met autofabrikanten zoals Mahindra aan voertuigintegratie (bijvoorbeeld testvloten van elektrische riksja’s en bussen die aluminium-lucht gebruiken voor een groter bereik) evreporter.com. De vooruitgang van Phinergy is cruciaal omdat het een van de eersten is die een op aluminium gebaseerde batterij uit het laboratorium naar praktische toepassingen in het veld brengt.
• Lyten: Lyten is een startup uit Silicon Valley (gevestigd in San Jose, Californië) die zich al enkele jaren in stealth-modus bevindt en een lithium-zwavelbatterij ontwikkelt, verbeterd met een eigen 3D-graphene-materiaal. Onlangs kwamen ze met groot nieuws naar buiten: in oktober 2024 kondigde Lyten plannen aan om ’s werelds eerste lithium-zwavelbatterij-gigafabriek te bouwen in Nevada, met een investering van meer dan $1 miljard lyten.coml. De faciliteit is gepland om jaarlijks 10 GWh aan Li-S-batterijen te produceren tegen 2027 lyten.com. Deze gedurfde stap geeft aan dat ze vertrouwen hebben dat hun technologie bijna klaar is voor massaproductie. Lyten richt zich in eerste instantie niet op personenauto’s, maar op micromobiliteit, lucht- en ruimtevaart, drones en defensie in 2024–2025 lyten.com – gebieden waar de hoge energiedichtheid van Li-S een doorslaggevend voordeel biedt en waar een iets kortere levensduur acceptabel kan zijn. Het bedrijf benadrukt het lage gewicht en het ontbreken van conflictmineralen van hun batterijen, en inderdaad gebruiken hun cellen lithium-metaalanodes en zwavel-koolstofcomposietkathodes, waardoor nikkel, kobalt, enz. worden vermeden. lyten.com. De CEO van Lyten, Dan Cook, zei “Lithium-zwavel is een sprong in batterijtechnologie, met een batterij met hoge energiedichtheid en laag gewicht, gebouwd met overvloedig beschikbare lokale materialen” lyten.com. Ze hebben zelfs sinds 2023 in eigen huis pilot-batterijcellen geproduceerd om het productieproces te testen en te verfijnen lyten.com. Als de gigafabriek van Lyten slaagt, kan dit een game-changer zijn – de eerste commerciële Li-S-batterijen die op grote schaal worden geproduceerd, mogelijk voor gebruik in de volgende generatie elektrische vliegtuigen of elektrische vrachtwagens voor lange afstanden, waar elk pond telt.
• Theion: Theion is een startup uit Berlijn, Duitsland, die zich richt op lithium-zwavelbatterijen met een twist – ze gebruiken kristallijn zwavel en speciale elektroden om de stabiliteit te verbeteren. In maart 2025 haalde Theion €15 miljoen op in een Series A-investeringsronde om hun batterijcellen op te schalen reuters.com. Theion beweert dat hun cellen de energiedichtheid van lithium-ion kunnen verdrievoudigen terwijl de kosten tot een derde worden teruggebracht, zoals eerder vermeld reuters.com. Ze zouden belangrijke problemen hebben opgelost door de kathode vooraf uit te breiden om de uitzetting van zwavel op te vangen en door zwavel in kristallijne vorm te houden, die minder reactief is met elektrolyten reuters.com. CEO Ulrich Ehmes heeft verklaard dat hun technologie gebruikt zou kunnen worden in EV’s, “vliegende taxi’s” of energieopslag, en mogelijk tegen het einde van de jaren 2020 in auto’s kan zitten reuters.com. De aanpak van Theion heeft aandacht getrokken omdat er geen gebruik wordt gemaakt van exotische materialen – ze benadrukken dat hun batterijen “minder ademen” en niet corroderen zoals eerdere Li-S. De financiering zal hen helpen grotere pouchcellen te ontwikkelen en verder te gaan dan muntcelprototypes reuters.com. De Duitse interesse in zwavelbatterijen sluit ook aan bij de Europese ambitie om eigen, duurzame batterijtechnologieën te ontwikkelen.
• Argonne National Laboratory & U.S. DOE: In de publieke onderzoekssector doet Argonne (samen met andere laboratoria van het Amerikaanse Department of Energy zoals Oak Ridge en Pacific Northwest) actief onderzoek naar zwavelbatterijen. We bespraken Argonne’s prestatie op het gebied van interlayer-ontwerp voor Li-S-cellen anl.gov. Ze onderzoeken ook solid-state zwavelbatterijen in samenwerking met NASA voor de luchtvaart. Het Vehicle Technologies Office van het DOE heeft meerdere projecten gefinancierd op het gebied van Li-S, Mg-S, en zelfs Li-Air en Al-Air, vanwege het strategische belang van volgende-generatie chemieën. Nationale laboratoria werken vaak samen met universiteiten (bijvoorbeeld, Argonne werkte met een team waaronder de University of Illinois aan zwavel-interlayers) en delen bevindingen waarop startups kunnen voortbouwen. Veel van het begrip van polysulfidegedrag en geavanceerde karakterisering (met behulp van tools zoals Argonne’s Advanced Photon Source voor röntgenanalyse van batterijen anl.gov) komt bijvoorbeeld uit deze laboratoria.
• Andere opmerkelijke namen: Universiteiten zoals Monash University (Australië) haalden in 2020 het nieuws met een Li-S-batterij die naar verluidt een smartphone vijf dagen van stroom kon voorzien en uitstekende stabiliteit toonde dankzij een nieuw type binder en elektrodeontwerp advancedsciencenews.com. Monash heeft sindsdien ook gewerkt aan snel ladende Li-S, met als doel toepassingen in elektrische luchtvaart monash.edu. In het VK was het inmiddels opgeheven Oxis Energy een pionier op het gebied van Li-S; vóór de sluiting in 2021 had Oxis Li-S-cellen ontwikkeld die bijna 400 Wh/kg bereikten en werkte het samen met vliegtuigfabrikanten. De intellectuele eigendom is overgenomen door andere partijen, wat mogelijk nieuwe projecten beïnvloedt. De Chinese academische wereld en industrie zijn zeer actief – instituten zoals de Chinese Academy of Sciences, Wuhan University of Technology (dat mede-auteur was van Sadoway’s Al-S-publicatie news.mit.edu), en bedrijven zoals CATL onderzoeken zwavel- en aluminiumchemie, hoewel details soms geheim worden gehouden. Zelfs Tesla’s Battery Day in 2020 hintte op interesse in zwavel (Elon Musk grapte dat Tesla onderzoek deed naar “lithium en zwavel” zonder verdere toelichting, mogelijk voor langetermijnprojecten). Tot slot kijken NASA en Boeing naar Li-S voor vliegtuigen: NASA’s SABERS-project heeft een meerlaagse zwavelbatterij ontwikkeld die 500 Wh/kg behaalde, wat elektrische vliegtuigen of geavanceerde drones mogelijk zou kunnen maken businessaviation.aero.

Het is duidelijk dat een mondiaal ecosysteem van vernieuwers aluminium- en zwavelbatterijen vooruit stuwt – van kleine startups tot gerenommeerde nationale laboratoria. De komende jaren (2025–2030) zullen waarschijnlijk enkele van deze inspanningen vruchten afwerpen in de vorm van echte producten en proefprojecten.

Doorbraken en recente innovaties (2024–2025)

De periode van 2024 tot 2025 is bijzonder spannend geweest voor ontwikkelingen op het gebied van aluminium- en zwavelbatterijen, met verschillende opmerkelijke doorbraken:

• Jan 2024 – Aluminium-zwavel bij 85 °C (Nature Communications): Onderzoekers demonstreerden een nieuwe aluminium-zwavelbatterij die werkt bij 85 °C met een quaternaire gesmolten zout elektrolyt, gepubliceerd in Nature Communications nature.com. Deze batterij toonde snellaadvermogen en verrassende levensduur: hij behield 85,4% van zijn capaciteit na 1.400 cycli bij een 1C laadtempo nature.com. Belangrijk is dat 85 °C een grote verbetering is ten opzichte van eerdere gesmolten-zoutbatterijen die 110–180 °C nodig hadden nature.com. Het team bereikte dit door een speciale mix van zouten (alkali-chloroaluminaten) met een laag smeltpunt te formuleren, wat ook snelle aluminiumion-beweging mogelijk maakte nature.com. Ze gebruikten ook een stikstof-gedopeerde poreuze koolstofkathode die de zwavelreacties snel liet verlopen nature.com. Dit resultaat is belangrijk omdat het wijst op praktische, goedkope netbatterijen die kunnen werken met eenvoudige verwarming (zelfs gewoon heet water als warmtebron, zoals de auteurs opmerken nature.com) en snel kunnen laden zonder degradatie. Het is een stap richting het gebruiksvriendelijker en mobieler maken van het MIT Al-S batterijconcept.
• Okt 2024 – Lyten kondigt Li-S Gigafabriek aan: De aankondiging van Lyten van een lithium-zwavelbatterij-gigafabriek in Nevada was een belangrijk nieuwsfeit in de industrie eind 2024 lyten.com. Het wordt de eerste gigafabriek ter wereld die volledig gewijd is aan Li-S-cellen, met als doel een productie van 10 GWh/jaar in 2027 lyten.com. Nog opvallender was dat Lyten aangaf dat hun Li-S-batterijen al in 2024 en 2025 op geselecteerde markten worden geïntroduceerd – specifiek hebben ze klanten in micromobiliteit (e-bikes, scooters), lucht- en ruimtevaart (mogelijk satellieten of hoogvliegende drones), drones en defensietoepassingen die hun batterijen gebruiken lyten.com. Dit suggereert dat Lyten is overgestapt van laboratoriumprototypes naar pilotproductie en daadwerkelijk gebruik in het veld in deze niches. De stap om een grote fabriek te bouwen geeft vertrouwen in het opschalen van de technologie en het realiseren van de vraag ernaar. Het is ook een belangrijk signaal aan de batterij-industrie en investeerders dat lithium-zwavel bijna klaar is voor grootschalige toepassing. We zouden binnenkort producten kunnen zien met de slogan “Li-S batterij binnenin”, althans in high-end of gespecialiseerde toepassingen, als gevolg hiervan.
• Mrt 2025 – Theion haalt geld op, claimt 3× energie: In maart 2025 meldde Reuters dat Theion €15 miljoen heeft opgehaald om hun zwavelbatterij op te schalen, die “meer energie opslaat maar veel minder kost dan conventionele lithium-ionbatterijen.” reuters.com Theion maakte een deel van hun technische strategie openbaar en zei dat hun cellen drie keer de energiedichtheid van Li-ion hebben, tegen een derde van de kosten en een derde van de CO₂-uitstoot, zoals eerder vermeld reuters.com. Ze gingen in op de grote zorgen door te stellen dat ze snelle corrosie vermijden door gebruik te maken van kristallijn zwavel en de uitzetting aanpakken door de kathodestructuur vooraf uit te zetten reuters.com. De financiering zal hen helpen om over te stappen van knoopcellen naar grotere pouchcellen (geschikt voor EV’s of vliegtuigen) reuters.com. Deze ontwikkeling herinnert eraan dat niet slechts één maar meerdere startups (Lyten, Theion, anderen) mijlpalen bereiken en investeringen aantrekken, waardoor de kans toeneemt dat er minstens één commercieel zal slagen. Het doet een beetje denken aan de beginjaren van lithium-ion, waarin meerdere bedrijven en landen in de race waren – nu zijn er Amerikaanse en Europese spelers die tegelijkertijd zwavelbatterijen ontwikkelen.
• 2023 – 2024 – Het oplossen van de zwavelcyclus-levenspuzzel: Gedurende 2023 en tot in 2024 publiceerden meerdere onderzoeksgroepen vooruitgang in het verlengen van de levensduur van zwavelbatterijen. Een hoogtepunt was de door Argonne geleide studie (gepubliceerd in augustus 2022 in Nature Communications) die aantoonde dat een redox-actieve tussenlaag de stabiliteit van Li-S-batterijen drastisch kan verbeteren anl.gov. Begin 2023 rapporteerden ze dat deze aanpak cellen oplevert die gedurende honderden cycli een hoge capaciteit behouden anl.gov, waardoor Li-S weer een stap dichter bij bruikbaarheid voor dagelijks gebruik komt. Midden 2024 meldde een ander team een opvouwbare, flexibele Li-S-batterij met een speciale ijzersulfide-kathode die zelfs na doorsnijden bleef werken acs.org – een nieuwe oplossing voor draagbare of flexibele elektronica met Li-S. Deze incrementele innovaties zijn belangrijk: ze pakken de praktische problemen (zoals polysulfidebeheer, mechanische spanningen, enz.) één voor één aan. Elke verbetering brengt Li-S-cellen dichter bij het voldoen aan de strenge eisen van commerciële elektronica en voertuigen.
• 2024 – Onderzoek naar aluminium-batterijen neemt een vlucht: Aan de aluminiumkant was er eind 2024 ook interessant onderzoek. Wetenschappers onderzochten nieuwe kathodematerialen voor aluminium-ionbatterijen, zoals kobaltsulfide, om een hogere capaciteit en beter begrip van laadopslagmechanismen te bereiken nature.com. Er is een groeiende hoeveelheid werk aan “multivalente” batterijen (waaronder Al, Mg, Zn) die vaak uitdagingen en doorbraken delen – bijvoorbeeld verbeterde elektrolyten die voor het ene systeem werken, kunnen soms ook op een ander worden toegepast advanced.onlinelibrary.wiley.com. We zien ook dat landen als India investeren in aluminium-batterijtechnologie, niet alleen via Phinergy’s aluminium-luchtbatterijen, maar ook in academisch onderzoek om een oplaadbare aluminium-batterij te ontwikkelen die geschikt is voor Indiase omstandigheden (met overheidsfinanciering onder het nationale energieopslagprogramma). Hoewel deze nog niet wereldwijd in het nieuws zijn geweest, dragen ze bij aan het momentum dat wereldwijd rond aluminium-batterijen ontstaat.
• Beleid en marktsignalen: De doorbraakhistorie is niet alleen technisch. In 2024–2025 zien we sterke marktsignalen die deze nieuwe batterijen ondersteunen. De Amerikaanse Inflation Reduction Act (IRA) en andere beleidsmaatregelen stimuleren binnenlandse batterijtoeleveringsketens – wat gunstig is voor chemieën die geproduceerd kunnen worden met lokaal gewonnen materialen zoals zwavel (de VS produceert veel zwavel uit olieraffinage) en aluminium. Lyten’s gigafabriek in Nevada en de interesse van het Amerikaanse ministerie van Defensie in lichtgewicht Li-S-batterijen voor soldaten of satellieten zijn uitkomsten van deze stimulansen lyten.com. In Europa maakt de focus op duurzaamheid een kobalt- en nikkelvrije batterij zeer aantrekkelijk, vandaar EU-financiering voor projecten zoals Theion en anderen. Zelfs in China, waar lithium-ionproductie domineert, zijn er door de staat gesteunde programma’s voor “next gen”-batterijen (bijvoorbeeld, CATL werkt naar verluidt aan een natrium-ion + zwavel hybride batterij die rond 2023/24 op de markt moet komen voor stationaire opslag). Al deze trends geven aan dat het moment rijp is voor aluminium- en zwavelbatterijen – de wereld zoekt naar oplossingen, en de technologie haalt die behoeften nu in.

Kortom, de afgelopen twee jaar hebben aluminium- en zwavelbatterijen getransformeerd van een niche-laboratoriumcuriositeit tot serieuze kanshebbers voor de toekomst van energieopslag. Zoals een wetenschapper treffend zei: “We zijn een stap dichter bij het zien van deze technologie in ons dagelijks leven.” anl.gov Die stapsgewijze vooruitgang is precies wat er nu gebeurt, en de volgende stap zal bredere commercialisering en opschaling van deze innovaties zijn.

Potentiële toepassingen en impact op schone energie en elektrische voertuigen

De opkomst van aluminium- en zwavelbatterijen kan invloed hebben op een breed scala aan sectoren. Hier zijn enkele van de meest veelbelovende toepassingen en hun implicaties:

• 🏠 Opslag van hernieuwbare energie (net en thuis): Misschien zal de grootste impact op korte termijn zijn in stationaire energieopslag voor schone energie. Een van de grote uitdagingen van hernieuwbare energie (zon, wind) is de intermitterende beschikbaarheid – de zon en wind zijn niet 24/7 beschikbaar, dus we hebben enorme, betaalbare batterijen nodig om energie op te slaan voor wanneer ze niet produceren. Lithium-ionbatterijen worden al gebruikt voor netopslag, maar ze zijn nog steeds relatief duur en afhankelijk van geïmporteerde materialen. Aluminium-zwavel- en natrium-zwavelbatterijen, met hun spotgoedkope componenten, zouden de kosten per opgeslagen kilowattuur drastisch kunnen verlagen. MIT’s Sadoway richtte zich specifiek op de thuis- en buurt-schaal met zijn Al-S-batterij – “het formaat dat nodig is om een enkel huis of een klein tot middelgroot bedrijf van stroom te voorzien” (orde van grootte: tientallen kWh) news.mit.edu. Zulke batterijen zouden huiseigenaren met zonnepanelen op het dak in staat stellen om overdag opgewekte energie goedkoop op te slaan voor gebruik ’s nachts, of kleine bedrijven om een back-upstroomvoorziening te hebben zonder een dieselgenerator. Op grotere schaal zouden nutsbedrijven enorme banken van aluminium- of natrium-zwavelbatterijen kunnen inzetten om de productie van hernieuwbare energie te stabiliseren. Het team van de Universiteit van Sydney merkte op dat hun goedkope Na-S-batterij “de kosten van de overgang naar een koolstofarme economie aanzienlijk kan verlagen” door betaalbare opslag te bieden sydney.edu.au. In gebieden zonder de juiste geografie voor waterkrachtopslag zijn deze elektrochemische oplossingen essentieel. Bovendien, omdat deze nieuwe batterijen niet brandbaar zijn (belangrijk voor de veiligheid van de gemeenschap) en gebruikmaken van overvloedige materialen, kunnen ze lokaal in veel regio’s worden geproduceerd en geïnstalleerd – wat de energiezekerheid vergroot. Al met al zouden wijdverspreide aluminium/zwavel stationaire batterijen een hogere penetratie van hernieuwbare energie mogelijk maken, curtailment (verspilde zonne-/windenergie door gebrek aan opslag) verminderen en helpen het net te stabiliseren met schone, regelbare stroom.
• 🚗 Elektrische Voertuigen (EV’s): Lichtere en batterijen met een hogere energiedichtheid zijn de heilige graal voor EV’s en zelfs elektrische luchtvaart. Lithium-zwavelbatterijen zijn hier bijzonder aantrekkelijk. Een Li-S-pakket zou de actieradius van een EV drastisch kunnen vergroten zonder extra gewicht toe te voegen – of omgekeerd, dezelfde actieradius mogelijk maken met een veel lichtere batterij, wat de efficiëntie verbetert. Bijvoorbeeld, als een EV nu een 600 kg Li-ion batterij nodig heeft voor 300 mijl bereik, zou een Li-S batterij met 2× energiedichtheid dat kunnen bereiken met ~300 kg, wat het voertuiggewicht aanzienlijk vermindert. Dit verbetert de acceleratie, het rijgedrag en vermindert het energieverbruik per mijl. Het zou ook elektrische vrachtwagens en bussen levensvatbaarder kunnen maken door laadvermogen vrij te maken. Bedrijven zoals Oxis Energy (voordat het werd gesloten) en Sion Power werkten samen met luchtvaart- en automobielpartners aan Li-S prototypepakketten voor langeafstandsvliegtuigen en EV’s. In feite werden de eerdere Li-S-cellen van Sion Power gebruikt om een High Altitude Pseudo-Satellite (een onbemand zonne-vliegtuig) te laten vliegen en duurrecords te breken in de jaren 2010. Meer recentelijk hebben NASA en Airbus gekeken naar Li-S als een van de weinige manieren om de vereiste 500 Wh/kg te halen voor praktische elektrische passagiersvliegtuigen businessaviation.aero – het succes van hun SABERS-project wijst op regionale elektrische vliegtuigen aan de horizon die zwavelbatterijen gebruiken. Elektrische vliegende taxi’s en drones zouden hier ook van profiteren; Theion noemde expliciet vliegende voertuigen als doelwit reuters.com. Buiten Li-S hebben zelfs aluminium-luchtbatterijen een rol in EV’s: ze zouden kunnen dienen als een range-extender module die je activeert voor lange ritten. Stel je een EV voor met een kleine Li-ion batterij voor dagelijks woon-werkverkeer en een aluminium-lucht “hulpbatterij” die je bijvult (aluminium wisselen) alleen wanneer je een rit van 1.000 km maakt. Dergelijke hybride batterijarchitecturen worden overwogen in projecten van Indian Oil/Phinergy en anderen. We moeten opmerken dat reguliere EV’s niet van de ene op de andere dag overstappen op een geheel nieuwe chemie – veiligheid, levensduur en snel laden moeten worden bewezen – maar in de late jaren 2020 is het plausibel dat high-end modellen of voertuigen voor speciale doeleinden met next-gen batterijen komen. Als dat gebeurt, kan het de prestaties van EV’s naar nieuwe hoogten stuwen (500+ mijl bereik, zeer snel laden, lichtere auto’s) en de afhankelijkheid van kritieke mineralen verminderen, waardoor grootschalige EV-acceptatie mogelijk wordt zonder knelpunten in grondstoffen.
• 📱 Draagbare elektronica en wearables: Je toekomstige smartphone of laptop zou ook kunnen profiteren van zwavel- of aluminiumbatterijen, hoewel deze toepassingen een lange levensduur en een lage zelfontlading vereisen (gebieden waarin Li-ion momenteel uitblinkt). Een lithium-zwavelbatterij zou ervoor kunnen zorgen dat je telefoon dagenlang meegaat zonder op te laden – denk aan het concept van de Monash University van een telefoon die 5 dagen meegaat op een Li-S batterij advancedsciencenews.com. Het gewichtsvoordeel is minder belangrijk voor een telefoon, maar energiedichtheid des te meer. Een uitdaging is dat consumentenelektronica honderden laadcycli en jarenlange levensduur verwacht; Li-S zal verder verfijnd moeten worden om daaraan te voldoen. Toch zouden we niche gadgets of wearables kunnen zien die ze adopteren als ze voordelen bieden qua vormfactor. Aluminiumbatterijen, vooral de flexibele ontwerpen zoals die van Stanford, zouden opvouwbare of oprolbare gadgets mogelijk kunnen maken. Bijvoorbeeld, een aluminium-ionbatterij die flexibel is, zou geïntegreerd kunnen worden in het bandje van een smartwatch of in slimme kleding. Ook omdat Al-ion zeer veilig gemaakt kan worden (geen brandgevaar), zouden ze ingebouwd kunnen worden in apparaten zonder omvangrijke beschermende behuizingen, wat misschien zelfs meer creatieve industriële ontwerpen mogelijk maakt. Dit is speculatief, maar naarmate de productie verbetert, zou consumentenelektronica een belangrijke markt kunnen worden (ze waren dat tenslotte ook voor de initiële groei van lithium-ion in de jaren 90).
• ⚡ Snellaadinfrastructuur: Een minder voor de hand liggende maar belangrijke toepassing is het gebruik van deze nieuwe batterijen om snelladen van EV’s te faciliteren en het elektriciteitsnet te stabiliseren. Zoals professor Sadoway aangaf, als veel EV’s tegelijk proberen te laden (zoals meerdere auto’s bij een snelweg-rustplaats), stijgt de stroomvraag tot boven wat het elektriciteitsnet gemakkelijk kan leveren news.mit.edu. In plaats van stroomkabels te upgraden, is het slimmer om een batterijbuffer bij laadstations te installeren – de batterij laadt langzaam op via het net en levert dan snel stroom aan auto’s wanneer dat nodig is. Voor zulke bufferbatterijen zijn kosten en veiligheid het belangrijkst, en gewicht is minder van belang. Dat maakt aluminium-zwavel of natrium-zwavel ideale kandidaten. Ze staan op locatie, slaan energie goedkoop op, kunnen niet in brand vliegen en kunnen snel ontladen. Sadoway noemde specifiek dat Al-S-systemen “de noodzaak voor het installeren van dure nieuwe stroomkabels” voor clusters van snelladers kunnen elimineren news.mit.edu. In wezen kunnen deze batterijen fungeren als schokdempers voor het elektriciteitsnet, waarbij ze overtollige energie opnemen en op aanvraag vrijgeven, of het nu gaat om pieken bij het laden van EV’s of het balanceren van schommelingen in hernieuwbare energie.
• 🏭 Industriële en Commerciële Noodstroom: Net zoals telecommunicatietorens aluminium-lucht gebruiken voor noodstroom, zouden andere industrieën en commerciële faciliteiten aluminium- of zwavelbatterijen kunnen gebruiken om betrouwbaarheid te garanderen en de afhankelijkheid van dieselgeneratoren te verminderen. Datacenters, bijvoorbeeld, verlangen naar batterijen die veilig zijn, een lange stand-bytijd hebben en kosteneffectief zijn op grote schaal – men kan zich voorstellen dat natrium-zwavelbatterijruimtes de huidige lithium-ion- of loodzuurbanken voor UPS (ononderbroken stroomvoorziening) vervangen. Op afgelegen of off-grid locaties zijn goedkope batterijen die niet vaak vervangen hoeven te worden uiterst waardevol (minder onderhoudsbeurten). Aluminium-zwavelbatterijen, die worden gepresenteerd als zeer goedkoop per kWh, zouden microgrids in landelijke of eilandgemeenschappen mogelijk kunnen maken, in combinatie met zonne-energie/wind, om 24/7 stroom te leveren zonder de bank te breken.
• 🚀 Lucht- en Ruimtevaart en Defensie: De hoge prestaties van deze batterijen zijn van nature aantrekkelijk voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaart en defensie. Zoals vermeld, zijn Li-S succesvol gebruikt in satellieten en hoogvliegende drones (pseudo-satellieten) vanwege het lichte gewicht en de goede prestaties bij lage temperaturen (ruimtebatterijen werken vaak koud). Het Amerikaanse leger is geïnteresseerd in lichtere batterijen voor soldaten (om de last van het dragen van vele kilo’s aan Li-ion packs te verminderen) – een zwavelbatterij zou die last aanzienlijk kunnen verlichten. Bovendien, omdat zwavelbatterijen geen zuurstofafgevende verbindingen bevatten (in tegenstelling tot Li-ion, dat O₂ kan vrijgeven bij thermische runaway), zouden ze veiliger kunnen zijn in afgesloten omgevingen zoals onderzeeërs of ruimtevaartuigen. Aluminium-lucht zou kunnen dienen als een onderwaterstroombron voor onbemande onderzeeërs met een lange uithoudingsvermogen, waar bijtanken met aluminium haalbaar is. De defensiesector fungeert vaak als early adopter van geavanceerde technologie die later doorstroomt, dus hun investeringen in aluminium- en zwavelbatterijtechnologie kunnen de ontwikkeling versnellen. Sterker nog, de eerste samenwerkingen van Lyten in 2024–25 met de ruimtevaart-, drone- en defensiemarkten suggereren dat defensiecontracten helpen de technologie te bewijzen bij lyten.com voordat deze breder door consumenten wordt gebruikt.

In al deze toepassingen is de overkoepelende impact het versnellen en uitbreiden van de transitie naar schone energie. Door de batterijprijzen drastisch te verlagen en ons te bevrijden van de beperkingen van de lithium-ion toeleveringsketen, zouden aluminium- en zwavelbatterijen elektrische voertuigen betaalbaarder kunnen maken voor meer mensen (cruciaal voor het koolstofvrij maken van transport), hernieuwbare energie betrouwbaarder en wijdverspreider kunnen maken (cruciaal voor het koolstofvrij maken van elektriciteit), en zelfs nieuwe mogelijkheden kunnen creëren zoals elektrisch vliegen. Ze bieden ook milieuwinst in gebruik: bijvoorbeeld, het vervangen van dieselnoodgeneratoren door aluminium-lucht- of natrium-zwavelbatterijen vermindert lokale luchtvervuiling en CO₂-uitstoot. Als de technologie haar belofte waarmaakt, zou de wereld goedkopere elektrische auto’s, veerkrachtigere schone netten en een vermindering van de winning van zeldzame metalen kunnen zien – een positieve feedbacklus voor zowel de economie als het milieu.

Economische en Milieugevolgen

Vanuit economisch perspectief zouden aluminium- en zwavelbatterijen op de best mogelijke manier ontwrichtend kunnen zijn: door de kosten van energieopslag te verlagen en de toeleveringsketen te diversifiëren. Een batterij is een aanzienlijk deel van de kosten van een EV of een hernieuwbaar energiesysteem, dus goedkopere batterijen betekenen goedkopere producten en snellere adoptie. Analisten hebben opgemerkt dat materialen zoals aluminium en zwavel slechts een fractie kosten van lithium, nikkel of kobalt. Zo schatte men bijvoorbeeld dat de materiaalprijs van aluminium-zwavelcellen slechts ~15% bedraagt van een gelijkwaardige lithium-ioncel news.mit.edu. Als die besparingen zich vertalen naar de productie, zouden we de batterijprijzen (per kWh) ver onder de huidige lithium-ion leercurve kunnen zien dalen. Goedkope opslag zou dan economische groei kunnen stimuleren door nieuwe bedrijfsmodellen mogelijk te maken (zoals meer zonneparken, gemeenschapsopslagprojecten, enz.) en door de energiekosten voor consumenten te verlagen (stel je voor dat je je thuisbatterij elke middag oplaadt met zonne-energie en nooit meer piektarieven betaalt aan het net).

Er is ook een geopolitiek aspect: De productie van lithium-ionbatterijen is vandaag sterk geconcentreerd (met China dat de celproductie domineert en landen als DRC die belangrijke mineralen leveren). Aluminium wordt echter wereldwijd gesmolten (en recycling biedt ook een lokale bron), en zwavel is overal aanwezig. Veel landen die geen lithiumbronnen hebben, hebben wel sterke aluminiumindustrieën (bijv. India, zoals we zagen met IOC Phinergy). Dus aluminiumgebaseerde batterijen zouden meer landen in staat kunnen stellen om binnenlandse batterij-industrieën op te bouwen zonder afhankelijk te zijn van geïmporteerd lithium of kobalt. Deze diversificatie zou de wereldwijde risico’s in de toeleveringsketen kunnen verminderen en de overgang naar elektrische mobiliteit en hernieuwbare energie veerkrachtiger maken tegen tekorten of politieke instabiliteit. In Nevada is de geplande Lyten-fabriek een voorbeeld – met gebruik van in de VS gewonnen zwavel en binnenlands assembleren van batterijen lyten.com sluit dit aan bij beleid om de batterijvoorziening te verplaatsen naar eigen land en lokale banen te creëren (ze verwachten 1.000 banen op volle capaciteit in die ene fabriek lyten.com).

Aan de milieukant bieden deze batterijen meerdere voordelen:

• Lagere koolstofvoetafdruk: Het produceren van batterijen is energie-intensief, maar zwavel- en aluminiumbatterijen kunnen worden gemaakt met minder exotische bewerkingen. De raffinage van kobalt en nikkel is bijzonder koolstofintensief. Door deze te vermijden, kunnen fabrikanten de CO₂-uitstoot per kWh batterij verlagen. Theion claimde een vermindering van 2/3 van de koolstofvoetafdruk voor hun zwavelbatterijen ten opzichte van Li-ion reuters.com. Ook kan zwavel worden gewonnen als afvalproduct (praktisch geen extra koolstofkosten om het te verkrijgen), en aluminiumrecycling gebruikt slechts ~5% van de energie van primaire aluminiumproductie – dus het gebruik van gerecycled aluminium in batterijen zou hun ingesloten energie sterk verminderen.
• Recycling en einde levensduur: Aluminium is al een van de meest gerecyclede materialen (denk aan aluminium blikjes). Er bestaat een infrastructuur om schrootaluminium om te smelten en opnieuw te gebruiken. Als aluminium-metaalbatterijen gangbaar worden, kun je je voorstellen dat gebruikte aluminiumanodes routinematig worden ingezameld en met hoge efficiëntie gerecycled – een circulaire economie voor het batterijmetaal. Zwavel is, in een batterijcontext, mogelijk lastiger direct uit cellen te recyclen (vooral als het in verbindingen is gebonden), maar omdat het goedkoop en niet giftig is, vormt het zelfs als het op de stort belandt geen groot milieuprobleem zoals bijvoorbeeld lood of cadmium in oudere batterijen. Onderzoekers kunnen manieren vinden om zwavel terug te winnen of om afvalzwavel uit batterijen om te zetten in bruikbare chemicaliën (zwavel wordt bijvoorbeeld ook in meststoffen gebruikt). Het ontbreken van zware metalen in deze batterijen betekent minder giftig e-afval als ze onjuist worden weggegooid, en idealiter eenvoudiger verwerking in recyclingfaciliteiten.
• Minder impact door mijnbouw: De winning van lithium, kobalt en nikkel heeft aanzienlijke milieu- en sociale gevolgen – van watergebruik bij lithiumwinning uit pekel, tot vernietiging van leefgebieden en vervuiling rond nikkelmijnen, tot kinderarbeid in sommige kobaltmijnoperaties. Door de behoefte aan deze materialen te verminderen of te elimineren, kunnen aluminium- en zwavelbatterijen deze druk verlichten. Aluminium is niet zonder impact (bauxietwinning en aluminiumsmelten hebben hun eigen problemen zoals rood slib-afval en hoog elektriciteitsverbruik), maar die processen zijn in veel landen goed gereguleerd en de technologie verbetert (bijvoorbeeld inerte anodes voor aluminiumsmelten om emissies te verminderen). En opnieuw, recycling van aluminium vermindert de behoefte aan nieuwe mijnbouw aanzienlijk. Zwavelgebruik draait vooral om het hergebruiken van een bestaand bijproduct – het kan zelfs een probleem oplossen (enorme zwavelvoorraden) in plaats van er een te creëren.
• Veiligheid en gezondheid: Batterijbranden zijn een zorg bij lithium-ion, omdat brandende Li-ion giftige dampen afgeeft en moeilijk te blussen branden kan veroorzaken (zoals sommige incidenten met EV-branden hebben laten zien). Niet-brandbare batterijen betekenen minder brandincidenten, wat een veiligheidswinst is voor de samenleving. Het betekent ook veiliger omgaan met batterijen tijdens transport en in autosloperijen. Bijvoorbeeld, afgedankte EV’s met Li-ion-accu’s vormen een brandrisico als ze beschadigd raken; een EV met een aluminium-zwavel-accu zou veel veiliger kunnen zijn om te demonteren. Ook in consumentenelektronica – minder apparaten die exploderen of in brand vliegen (denk aan beruchte telefoonbatterijbranden) is gunstig voor de volksgezondheid en het vertrouwen in batterijtechnologie.
• Schone noodstroom: In gebieden die nu afhankelijk zijn van dieselgeneratoren voor nood- of afgelegen stroomvoorziening (eilanden, noodopvang, telecomtorens), betekent vervanging door aluminium-lucht- of natrium-zwavelbatterijen dat er geen dieselverbranding meer plaatsvindt, dus geen broeikasgasemissies, geen fijnstofvervuiling en geen lawaai. Dit is een directe verbetering voor het milieu en de levenskwaliteit. Bijvoorbeeld, telecomtorens die in India op aluminium-lucht draaien, produceren lokaal geen uitstoot, terwijl dieselgeneratoren bijdragen aan luchtvervuiling en CO2-uitstoot.

Alles bij elkaar hebben aluminium- en zwavelbatterijen het potentieel om energieopslag te democratiseren – het zo betaalbaar en milieuvriendelijk maken dat we overal waar we batterijen nodig hebben, ze kunnen inzetten om een schone energietoekomst mogelijk te maken. Ze zijn geen wondermiddel (we zullen waarschijnlijk een mix van batterijtechnologieën gebruiken), maar hun komst op de markt kan de kosten verlagen en alle batterijproducenten dwingen om duurzamer te worden.

Natuurlijk is het economisch succes van deze batterijen niet gegarandeerd; ze moeten bewijzen dat ze goedkoop geproduceerd kunnen worden en betrouwbaar werken op grote schaal. Maar de recente investeringen en prototypesuccessen zijn zeer bemoedigend. Als ze slagen, is de opbrengst niet alleen goedkopere elektrische auto’s of betere gadgets – het betekent een wezenlijke vermindering van de milieubelasting van ons batterijgebruik en een stimulans voor wereldwijde inspanningen om te decarboniseren.

Conclusie: Een veelbelovende toekomst opgeladen door gewone elementen

Aluminium- en zwavelbatterijen, ooit beschouwd als buitenbeentechnologieën, zijn snel op weg naar commerciële realiteit. Deze batterijen zijn een goed voorbeeld van een overtuigend idee: gebruik eenvoudige, overvloedige ingrediënten om complexe energieproblemen op te lossen. In de afgelopen paar jaar hebben doorbraken in chemie en materiaalkunde dat idee veel dichter bij realisatie gebracht. We hebben nu prototype aluminium-zwavelcellen die in minuten snel kunnen opladen en duizenden cycli meegaan nature.com, lithium-zwavelbatterijen die energiedichtheden bereiken waar tien jaar geleden alleen van werd gedroomd reuters.com, en zelfs aluminium-lucht-systemen die in de praktijk schone energie leveren evreporter.com.

De overstap van onze afhankelijkheid van zeldzame metalen en dure importen naar batterijen gemaakt van “kelderkoopje”-elementen zoals Al en S, zou de batterij-industrie kunnen hervormen zoals silicium dat deed voor de elektronica-industrie – waardoor grootschalige productie en kostenverlaging mogelijk worden. Zoals Sadoway grapte, hebben deze nieuwe batterijen “alles wat je verder zou wensen dat een batterij heeft: goedkope elektroden, goede veiligheid, snel opladen, flexibiliteit en een lange levensduur” news.stanford.edu. Er zijn nog steeds hobbels te nemen, maar de richting is duidelijk.

In de komende jaren kunnen we verwachten te horen over pilotprojecten (misschien een zonnepark in Californië dat MIT’s aluminium-zwavelcellen gebruikt, of een drone aangedreven door een Lyten Li-S-pack die uithoudingsrecords breekt). Naarmate de productie toeneemt, zullen de kosten verder dalen, en eventuele resterende technische uitdagingen – of het nu gaat om levensduur of bedrijfstemperatuur – zullen waarschijnlijk worden opgelost door het intensieve onderzoek dat momenteel wereldwijd plaatsvindt.

Voor het grote publiek zal de impact misschien op subtiele maar belangrijke manieren merkbaar zijn: een EV die goedkoper is en verder rijdt, een smartphone die het een heel weekend volhoudt, een buurt die het licht aanhoudt met een batterij als een storm het net uitvalt, wetende dat dit allemaal gebeurt met materialen die zo gewoon zijn als aluminiumfolie en tuinmest (zwavel). De wereldwijde vraag naar batterijen groeit alleen maar, en aluminium- en zwaveltechnologieën zorgen ervoor dat we die vraag op een duurzame manier kunnen blijven voeden.

Als een van de wetenschappers die betrokken is bij de ontwikkeling van deze batterijen optimistisch stelde, “Deze resultaten tonen aan … een enorme impact op de [batterij]ontwikkeling. We zijn een stap dichter bij het zien van deze technologie in ons dagelijks leven.” anl.gov Inderdaad, de toekomst waarin ons leven wordt aangedreven door aluminium en zwavel – twee van de meest onopvallende elementen op aarde – is nu duidelijk zichtbaar aan de horizon. De revolutie in energieopslag is begonnen, en wordt gebouwd op de fundamenten van gewone chemie, innovatieve techniek en de dringende drang naar een schonere, goedkopere energietoekomst.

Bronnen: De informatie en citaten in dit rapport zijn afkomstig uit recente, geloofwaardige bronnen, waaronder peer-reviewed studies, persberichten van universiteiten, industrienieuws en Reuters-berichten. Belangrijke referenties zijn onder meer MIT News over de aluminium-zwavelbatterij news.mit.edu, doorbraken van Argonne National Lab op het gebied van lithium-zwavel anl.gov, Reuters-verslaggeving over de ontwikkelingen van Theion en Lyten reuters.com, lyten.com, en interviews met industrie-experts (bijv. de CEO van Phinergy over de voordelen van aluminium-lucht evreporter.com). Deze en andere verwijzingen in de tekst bieden gedetailleerd ondersteunend bewijs voor de gemaakte beweringen.