In het SuperHeat-project wordt een PCM-batterij (Phase Change Material) ontwikkeld met een verbeterde energiedichtheid, zonder lekkages en waarvan de kwaliteit stabiel is. Met deze PCM-technologie moet er een efficiënte en betaalbare zoutbatterij worden ontwikkeld. Mohammed Mehrali, assistent-professor in de thermal engineering group van Universiteit Twente, vertelt over het onderzoek.

Warm water is hetgeen dat de meeste energie kost in woningen, om die warmte efficiënt te gebruiken kan een warmtebatterij worden ingezet. Vier jaar geleden begon het project Smartheat, waar een materiaal is ontwikkeld dat gebruikt kan worden voor warmteopslag. In SuperHeat wordt dat materiaal gebruikt om verder te gaan met de ontwikkeling van een PCM-batterij met verbeterde efficiëntie.

“Ken je die gelpacks? Die je in de winter gebruikt, die je in kokend water gooit”, begint Mehrali. “Met een metalen onderkant, en als je die indrukt wordt de hitte vrijgegeven, dan vindt er een soort kristallisatie plaats.” Die techniek – waarbij een gelpack de energie van warm water opneemt en later weer kan afgeven – is vergelijkbaar met de techniek van de SuperHeat-batterij.

De batterij bevat een gel die voor 98 procent bestaat uit een zoutmengsel van azijn en baking soda, vertelt Mehrali. “Het is een simpele oplossing. En als je weet hoe je met de verhoudingen van water en zout moet spelen, kan je de eigenschappen aanpassen.”

Probleem bij een oplossing van zout en water is dat het zout na enige tijd gaat zinken. Mehrali: “Als je de techniek wil gebruiken voor effectieve warmteopslag, moet je ervoor zorgen dat het water en het zout altijd gemixt zijn. Want anders is de energiewinning niet meer efficiënt, omdat de twee niet meer met elkaar in contact staan.”

Om te zorgen dat het zout goed gemixt blijft en de batterij dus goed blijft werken is er een polymeer toegevoegd, dat is waar de andere 2 procent van de batterij uit bestaat. “Het is een gelstructuur, waarvan de vorm hetzelfde blijft, ook in de vloeibare staat”, vertelt Mehrali. “Je kan het ondersteboven houden en het beweegt niet.”

Warmte opslaan op lange termijn
De SuperHeat-batterij moet drie belangrijke voordelen hebben, vertelt Mehrali. “Eén is dat de vorm hetzelfde blijft in de vaste en vloeibare fase. Zodat je geen lekkages in het systeem hebt, een probleem dat veel voorkomt bij andere PCM-batterijen.” En hoewel de SuperHeat-batterij ook oplaadt en ontlaadt door te wisselen in vaste en vloeibare vorm, blijft materiaal eigenlijk altijd een gel.

“Tweede is een materiaal gebruiken dat hoge energiedichtheid heeft en ook kostenefficiënt is. Het zout is goedkoop vergeleken met andere materialen met dezelfde toepassing”, zegt Mehrali. Dat het weinig ruimte inneemt en betaalbaar is voor consumenten is volgens hem belangrijk om in gedachten te houden tijdens het onderzoek, omdat de batterij met name bedoeld is om uiteindelijk in woningen gebruikt te worden.

“En het derde voordeel is elektrische triggering. Dat betekent dat je de vrijheid hebt om te kiezen wanneer je de warmte vrijlaat”, legt Mehrali uit. De batterij is modulair gebouwd, waardoor deze niet in één keer hoeft te ontladen. Er kan een deel van de warmte gebruikt worden, terwijl het andere deel gewoon blijft opgeslagen in de batterij. Ook kan de snelheid van de afgifte worden bepaald door meer of minder elektrodes toe te voegen.

 

Waar veel andere PCM-technologieën zijn bedoeld voor opslag op de korte termijn, is Superheat bedoeld voor opslag op de lange termijn. De warmte kan bijvoorbeeld na een uur al gebruikt worden, maar kan ook een week worden opgeslagen. De batterij kan tot 50 of 60 graden Celsius verwarmen, wat het geschikt maakt voor woningen.

Mehrali: “Als je elektriciteit over hebt, bijvoorbeeld van je zonnepanelen, kan je die energie opslaan wanneer de energie goedkoop is. En wanneer je dan warm water nodig hebt voor verwarming of warm tapwater kan je gewoon de knop indrukken en de warmte vrijmaken.”

Tenslotte is ook cyclability een belangrijk aspect van het project, volgens Mehrali. “Het materiaal moet consistent presteren gedurende veel cycli op van opladen en ontladen, dus de efficiëntie behouden bij de overgang van vast naar vloeibaar en weer terug.” In vorige projecten zijn ongeveer honderd cycli getest, in SuperHeat wordt dat verder getest.

TKI project
SuperHeat is een onderzoeksproject mede gefinancierd door TKI-Urban Energy. De andere organisaties die aan het onderzoek meewerken zijn De Ridder BV, Lentink BV, ESES Energy BV en Conflux Technology Pty Ltd. De feedback van deze bedrijven is waardevol voor Mehrali, omdat die helpt om een product te maken dat uiteindelijk de markt op kan, in plaats van een prototype dat in het lab blijft.

Het project is net van start gegaan en zal vier jaar lang lopen. Het zal volgens de verwachtingen dan nog niet klaar zijn om echt de markt te betreden, maar Mehrali hoop dan wel belangrijke stappen in het onderzoek gezet te hebben en een prototype ontwikkeld te hebben dat in de echte wereld getest kan worden.