De naam doet nepnieuws vermoeden, de onbekendheid doet twijfelen aan de validiteit. Toch bestaat batterij-onderzoeker Goodenough en werkt hij echt aan volgende doorbraken. Al jaren, en mogelijk nog jaren.

De nazomerse nieuwsdip kreeg begin september een verleidelijk hapje aangereikt: ‘Oplaadprobleem accu lijkt opgelost’. Een enthousiast opgeschreven persbericht stelt dat de zoektocht van accufabrikanten naar een doorbraaktechnologie voorbij lijkt te zijn. De oplossing is in zicht en komt van 'een 94-jarige professor die ruim 35 jaar geleden ook al de huidige meestgebruikte lithium-ion accu ontwikkelde'.

Opmerkelijk, maar waar

Opmerkelijk. De man in kwestie heet John B. Goodenough. Ook opmerkelijk. En de bron van het persbericht is een Nederlandse aanbieder van powerbanks, die vermeldt dat er nog wat addertjes onder het gras zitten. Oftewel: de gemelde accudoorbraak bedreigt niet meteen het nut van externe stroombewaarders voor onze snel leeglopende smartphones en tablets. Kortom: promopraat, marketingmelding en/of nepnieuws?

Nee, niet helemaal. De hoogbejaarde professor bestaat wel degelijk, heet echt Goodenough, werkt al jaren aan fundamenteel accu-onderzoek en staat inderdaad aan de basis van de huidige lithium-ion technologie. Hij is begin 2013 nog geëerd door de Amerikaanse president Obama die de hoogste Amerikaanse wetenschappelijke onderscheiding officieel toekende. Wel is het nieuws in het Nederlandse persbericht eigenlijk oud, en tegelijkertijd wat voorbarig.

De genoemde doorbraak op het gebied van accutechnologie stamt van februari dit jaar. Goodenough en zijn team aan de universiteit van Texas hebben samen met onderzoekers aan de universiteit van Porto (in Portugal) accucellen ontwikkeld die volledig solid-state zijn. De Texaanse universiteit waar Goodenough aan is verbonden, heeft hier toen melding van gemaakt in een eigen persbericht.

Meer en sneller

De accu’s die zijn te maken met deze all-solid-state cellen beloven op diverse fronten beter te zijn dan huidige lithium-ion batterijen. Zo hebben ze een energiedichtheid die zeker drie keer hoger is, waardoor een accu van dezelfde omvang veel meer vermogen kan opslaan.

Dit valt te vertalen in smartphones die meer dan een dag mee kunnen gaan op een enkele acculading. Of nóg dunnere toestellen. Op nog kleinere schaal is dit ook goed nieuws voor smartwatches en geavanceerde fitnesstrackers. En op grotere schaal komen elektrische - al dan niet zelfrijdende - auto’s in beeld die een veel grotere actieradius kunnen krijgen.

Voor al deze toepassingsgebieden belooft de Goodenough-technologie nog meer verbeteringen. De ontwikkelde all-solid-state cellen zijn ook nog eens in minuten (in plaats van uren) op te laden. Verder kunnen toekomstige accu’s op basis van deze technologie langer meegaan qua bruikbare levensduur. Ze kunnen groter aantal cycli doormaken voor opladen en weer ontladen.

Obama eert de onderzoekers Allan Bart en John Goodenough

Kouder en onbrandbaar

En het lijkt wel een oude TellSell-reclame, maar dit is nog niet alles. Goodenoughs all-solid-state accucellen hebben nóg twee belangrijke pluspunten. Ze hebben een goede geleiding ook bij lage temperaturen, van bijvoorbeeld -20 graden Celsius. Én dankzij het gebruikte materiaal zijn ze ook nog eens onbrandbaar. Deze laatste eigenschap staat sinds Samsungs debacle met vlamvattende Galaxy Note 7 phablets flink in de aandacht.

Het is ongelofelijk, Mike. En waar dankt Goodenoughs wondermiddel al deze voordelen aan? Een supermateriaal als Kevlar? Nee, het is heel simpel: glas. De volledig vaste vorm van het materiaal bevat geen vloeibare elektrolyten, maar gebruikt glas als medium om de elektrische lading vast te houden.

Hierdoor zijn anodes van alkalimetaal te gebruiken, wat dan niet per sé lithium hoeft te zijn. Het goedkope sodium of potassium zijn ook bruikbaar. Dit materiaalgebruik, dat volgens de onderzoekers niet mogelijk is bij conventionele accu’s, zorgt voor de hogere dichtheid en de langere levensduur.

In een proefopstelling is zelfs een vertienvoudiging van de energiedichtheid bereikt. In andere experimenten hebben de ontwikkelde accucellen al meer dan twaalfhonderd oplaad- en ontlaadcycli gehaald, met minimale weerstand in de cellen. Bovendien zou deze technologie, nu door de universiteit van Texas gepatenteerd, ook nog eens het fabricageproces van accu’s vereenvoudigen. En dat komt dan neer op goedkopere accu’s.

Aandachtsgolf

De onderzoekers hebben hun nieuwe technologie uitgebreid beschreven in een wetenschappelijke paper die is gepubliceerd in de eerste 2017-editie van het vakblad Energy & Environmental Science. De doorbraak die eind februari is bekendgemaakt, is toen her en der opgedoken in (vak)media, maar medio maart is een grotere aandachtsgolf gevolgd.

Het vakblad van de Royal Society of Chemistry heeft toen namelijk meer ruchtbaarheid hieraan gegeven, wat is opgepikt door tech-publicaties, automagazines, zakelijke titels en ook algemene kranten. Wat hierbij heeft geholpen, is het feit dat Google-topman Eric Schmidt de accudoorbraak heeft opgemerkt en via Twitter heeft gedeeld met de wereld. Zijn tweet was op zichzelf weer aanleiding voor nieuwsberichten, zoals van persbureau Bloomberg.

Scepsis en onbegrip

Al met al klinkt deze ontwikkeling dus als de heilige graal. En dat van niemand minder dan de man, plus collega-wetenschappers natuurlijk, die de huidige en onmisbare lithium-ion accutechnologie mogelijk heeft gemaakt. Dat deed hij begin jaren tachtig, toen hij 57 was, samen met collega-wetenschappers natuurlijk. Ondanks deze staat van dienst en pionierswerk van mede-onderzoeker Maria Helena Braga aan de universiteit van Porto klinkt er kritiek.

Andere experts op batterijgebied zijn sceptisch, wist Quartz in maart al op te schrijven. De geclaimde werking van de vondst zou natuurkundige wetten schenden. Specifiek de wetmatigheden van de thermodynamica, waar batterijtechnologie al anderhalve eeuw aan is gebonden. Niemand buiten de onderzoeksgroep van Goodenough zelf lijkt dit nieuwe concept te begrijpen, aldus Quartz.

Accu-expert en Princeton-professor Daniel Steingart stelt tegenover die technieuwssite dat hij aan de paper geen waarde zou hechten als het niet door Goodenough was geschreven. Toch lijken er in die wetenschappelijke uitleg nog hiaten te zijn over de exacte werking van de gebruikte materialen. De verdenking is geuit dat het batterij-equivalent van een perpetuum mobile is gemaakt, wat door de wetenschap als onmogelijkheid wordt beschouwd.

Steingart heeft zijn bedenkingen onderbouwd in een uitgebreide analyse, waarin hij tot een aantal openstaande vragen komt over Goodenoughs geclaimde doorbraak. Dat essay heeft nog een aanvulling gekregen in reactie op enkele antwoorden die Goodenough heeft gegeven aan Computerworld.com. Deze uitleg van de uitvinder heeft Steingart echter weer nieuwe vragen opgeleverd.

Auto’s op de korrel

Ondertussen zetten de samenwerkende onderzoeksteams in Texas en Portugal hun werk voort. Goodenough en Braga hebben nog verschillende andere patenten in wording, aldus de universiteit van Texas. Hierbij willen ze ook samenwerken met batterijfabrikanten om de nieuw ontwikkelde materialen te testen in elektrische voertuigen en in groot formaat accu’s die energie opslaan voor later gebruik. Dit doet denken aan de PowerWall thuis-accu’s die e-autofabrikant Tesla uitbrengt.

De Texaanse universiteit verklaart dat het onderhandelingen voor licentieovereenkomsten voert met meerdere bedrijven in verschillende segmenten van de accu-industrie. De focus lijkt te liggen op vervoer, want Goodenough heeft in april dit jaar al verklaard dat de wereld bevrijdt moet worden van de afhankelijkheid van fossiele brandstof. 'Ik wil de olie- en gasindustrie failliet maken', zei hij met een lach tegen de Houston Chronicle.

Begin september, net een dag voor het Nederlandse persbericht van de powerbankverkoper, heeft de professor daarvoor nog nieuwe fondsen gekregen. Het private investeringsfonds de Welch Foundation heeft hem de 2017 Robert A. Welch Award voor chemie toegekend, met daarbij een geldbedrag van een half miljoen dollar voor zijn batterij-onderzoekswerk. Naar aanleiding van zijn oorspronkelijke lithium-ion innovatie bestaat er ook een naar hem vernoemde award.

Geen iPhone

Overigens gebruikt Goodenough niet direct de vruchten van zijn eerdere en alom geaccepteerde werk. Hij heeft zelf geen smartphone, en houdt niet eens van telefoneren. 'Ik heb geen iPhone', vertelde hij vier jaar terug in gesprek met Marketplace. 'Ik ben een ouderwetse, conservatieve heer die van mening is dat ik het prima red met de technologie van vorige eeuw.'

Professor John Goodenough is in oktober vorig jaar uitgebreid geïnterviewd op PRiME 2016, een vierjaarlijkse conferentie voor elektrochemici, materiaalwetenschappers en ingenieurs.