Innovaties batterijen sleutelrol in transitie naar schone energie

Verbetering van de opslagcapaciteit voor elektriciteit speelt een sleutelrol bij de transitie naar schone energietechnologieën. Tussen 2005 en 2018 zijn octrooiactiviteiten voor batterijen en andere technologieën voor elektriciteitsopslag wereldwijd gemiddeld 14% per jaar gestegen. Dat is vier keer zo veel als het gemiddelde voor alle technologiegebieden, volgens de vandaag gepubliceerde gezamenlijke studie van het Europees Octrooibureau (EOB) en het Internationaal Energieagentschap (IEA).

Uit het rapport blijkt dat batterijen bijna 90% van alle patentering rond elektriciteitsopslag voor hun rekening nemen. De innovatiegroei zit vooral in vooruitgang van oplaadbare lithium-ion- accu’s (Li-ion) die worden gebruikt in consumentenelektronica en elektrische auto’s.

Met name elektrische mobiliteit bevordert de ontwikkeling van nieuwe Li-ion-verbindingen, gericht op het verbeteren van het vermogen, de duurzaamheid, de oplaad-/ontlaadsnelheid en de recyclebaarheid. De technologische vooruitgang wordt ook gevoed door de noodzaak om grotere hoeveelheden hernieuwbare energie, zoals wind- en zonne-energie, in elektriciteitsnetten te integreren.

Japan en Zuid-Korea hebben wereldwijd met batterijtechnologie een grote voorsprong opgebouwd en bezitten veel meer internationale patenten op dit gebied dan Europa, China en de VS.

Binnen Europa genereerde Duitsland de meeste octrooiaanvragen voor batterijtechnologie (5.080) in de periode 2000 – 2018, vóór Frankrijk (1.354) en het Verenigd Koninkrijk (652). Nederlandse bedrijven droegen bij met 179 internationale octrooiaanvragen in deze periode.

Li-ion-accu’s

Ook blijkt dat in de steeds volwassener industrie, technische vooruitgang en massaproductie de afgelopen jaren hebben geleid tot een significante daling van de batterijprijzen – met bijna 90% sinds 2010 in het geval van Li-ion-accu’s voor elektrische voertuigen en met ongeveer twee derde in dezelfde periode voor stationaire toepassingen, waaronder elektriciteitsnetbeheer.

Ontwikkeling van betere en goedkopere elektriciteitsopslag is een van de grootste uitdagingen voor de toekomst. Volgens het duurzame ontwikkelingsscenario van het IEA zal in 2040 wereldwijd bijna 10.000 gigawatt-uur aan batterijen en andere vormen van energieopslag nodig zijn, 50 keer de omvang van de huidige markt, om klimaat- en duurzame energiedoelstellingen te halen.

“Technologie voor elektriciteitsopslag is van cruciaal belang om aan de vraag naar elektrische mobiliteit te kunnen voldoen en om de transitie naar recyclebare energie te bewerkstelligen. Dat is nodig, willen we de klimaatverandering tegengaan,” zegt EOB-voorzitter António Campinos. “De snelle en aanhoudende toename van innovaties op dit gebied toont aan dat uitvinders en bedrijven de uitdaging van de energietransitie aangaan. Uit de octrooigegevens blijkt dat Azië in deze strategische industrie een grote voorsprong heeft, maar dat de VS en Europa kunnen bouwen op een rijk innovatie-ecosysteem, waaronder diverse MKB’s en onderzoeksinstellingen, wat kan helpen om in de race te blijven voor de volgende generatie batterijen.”

Sinds 2000 hebben bedrijven wereldwijd meer dan 65.000 IPF’s (internationale octrooifamilies) ingediend voor elektriciteitsopslag. Het jaarlijkse aantal IPF’s is sterk gestegen, van ongeveer 1.500 in 2005 tot meer dan 7.000 in 2018. Met een gemiddelde jaarlijkse groei van 14% sinds 2005 is deze toename aanzienlijk groter dan de gemiddelde jaarlijkse stijging over alle gezamenlijke technologiegebieden over dezelfde periode (3,5%).

Groei elektrische voertuigen stimuleert Li-ion-innovaties

Li-ion-technologie, dominant in draagbare elektronica en elektrische voertuigen, heeft sinds 2005 de meeste accu-innovaties aangewakkerd, aldus het rapport. In 2018 was de vooruitgang op het gebied van Li-ion-cellen goed voor 45% van de octrooiaanvragen voor batterijcellen, tegenover slechts 7% voor cellen op basis van andere verbindingen. In 2011 verdrongen elektrische voertuigen consumentenelektronica als de grootste groeimotor voor Li-ion-accu’s gerelateerde uitvindingen. Verbeteringen voor accupacks voor elektrische auto’s hebben positieve overloopeffecten opgeleverd voor stationaire toepassingen, waaronder elektriciteitsnetbeheer.

Andere opslagtechnologieën, zoals supercondensatoren en redox-flowbatterijen, winnen ook snel terrein en hebben de potentie een aantal van de zwakke punten van Li-ion-batterijen aan te pakken.

Aziatische bedrijven lopen voorop

De studie toont aan dat Aziatische bedrijven een duidelijke voorsprong hebben in de wereldwijde race om batterijtechnologie, met Japanse en Zuid-Koreaanse bedrijven voorop. Aziatische bedrijven vertegenwoordigen negen van de top tien grootste wereldwijde aanvragers van batterijoctrooien en twee derde van de top 25, waarin ook zes bedrijven uit Europa en twee uit de VS staan.

De top vijf van aanvragers (Samsung, Panasonic, LG, Toyota en Bosch) genereerden tussen 2000 en 2018 samen meer dan een kwart van alle IPF’s.

Hoewel innovatie in batterijtechnologie zich nog steeds overwegend afspeelt binnen een beperkte groep van zeer grote bedrijven in de VS en Europa, spelen kleinere bedrijven, universiteiten en publieke onderzoeksinstellingen ook een belangrijke rol: voor de VS nemen het MKB 34,4% en universiteiten/publieke onderzoeksinstellingen 13,8% van de aangevraagde IPF’s voor hun rekening. Voor Europa zijn de percentages respectievelijk 15,9% en 12,7%, wat in sterk contrast is met Japan (3,4%/3,5%) en de Republiek Korea (4,6%/9,0%).

[Fotocredits © Maksym Yemelyanov – Adobe Stock]