NWO investeert miljoenen in Twentse röntgenmachine voor batterijen

De Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) investeert in totaal 20 miljoen euro in 7 projecten voor vernieuwende, wetenschappelijke infrastructuur. Deze ‘investeringen NWO-groot’ worden ingezet voor de aanschaf van hoogwaardige apparatuur, dataverzamelingen en software. De 7 toegekende projecten komen uit alle wetenschapsdomeinen: zowel het exacte domein als het alfa-/gammadomein en het medische domein. De Universiteit Twente krijgt middelen om een laboratorium verder te ontwikkelen, waar met behulp van röntgen beter in batterijen en andere elektronische apparaten gekeken kan worden.

3 ‘kleuren’ röntgenstraling
Binnenin een materiaal kijken, op de grens tussen 2 materialen, is één. Maar het liefst onder realistische omstandigheden, waarbij de materialen ‘aan het werk zijn’. En dat is precies wat onderzoekers van het MESA+ Instituut van de Universiteit Twente willen doen, met de speciale machine die zij gaan bouwen. Dankzij 3 ‘kleuren’ röntgenstraling kunnen zij ook nog eens op 3 verschillende diepten kijken. De machine gaat zijn unieke kwaliteiten bewijzen bij, onder meer, de ontwikkeling van nieuwe materialen voor accu’s en katalysatoren.

Op het grensvlak van 2 materialen gebeurt het. Of het nu gaat om betere en duurzamere accu’s, of om nieuwe katalysatoren om groene waterstof te maken: de verbeteringen vinden plaats waar 2 materialen samenkomen, of ze nu allebei vast zijn of het ene vast en het andere vloeibaar. Het is weliswaar nu al mogelijk om te meten aan grensvlakken, maar dan meestal wel onder speciale omstandigheden zoals een vacuüm. En dat gaat niet goed samen met vloeistof, terwijl de wens is om door die vloeistof heen te kijken. Bij de huidige lithium-ion accu’s, waar vloeistof in zit, speelt dit bijvoorbeeld als men de materialen voor de plus- of minpool wil verbeteren – vaak in meerdere lagen.

Meetbubbel
Door een speciale ‘meetbubbel’ te creëren en de vloeistof slim te pompen, kan er toch in en doorheen worden gekeken, naar laagjes die dieper liggen. In de bubbel zitten dan ook meteen de elektroden om de grensvlakken te activeren. De meettechniek die hard X-ray photo-electronic spectroscopy (‘lab-based HAXPES’) heet, is nog nergens ter wereld op laboratoriumschaal aanwezig. Het is weliswaar mogelijk om in materialen te kijken in ‘synchrotron’-opstellingen, zoals de European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble, maar die kennen niet de flexibiliteit van het nieuwe systeem. Daarmee wordt het straks mogelijk om het grensvlak snel te optimaliseren.

Modulair
Ook als, zoals de algemene verwachting is, accu’s straks van vaste stof gemaakt zijn, is de nieuwe machine in staat om laagjes materiaal die ‘begraven’ liggen onder het oppervlak, te analyseren om optimale combinaties te vinden van nieuwe, duurzamere materialen. Niet alleen in de energieopslag en -conversie, maar ook in de katalyse, wordt de nieuwe techniek , naar verwachting, waardevol. Bijvoorbeeld bij de ontwikkeling van katalysatoren die worden ingezet bij de productie van waterstof. Daarmee wordt HAXPES, volgens projectleider professor Gertjan Koster, een zeer waardevolle uitbreiding van de infrastructuur van het MESA+ NanoLab. De machine, die deels gaat bestaan uit commercieel beschikbare modules en deels uit ‘in huis’ ontwikkelde techniek, wordt de komende jaren modulair opgebouwd.