Universiteit Twente bouwt röntgenmachine voor groenere batterijen en waterstof

Binnenin een materiaal kijken, op de grens tussen 2 materialen, is 1 ding. Maar het liefst kijken de onderzoekers onder realistische omstandigheden, waarbij de materialen ‘aan het werk zijn’.

Dankzij 3 ‘kleuren’ röntgenstraling kunnen zij op 3 verschillende diepten kijken. De machine, waarvoor de onderzoekers een miljoenensubsidie ontvangen van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), gaat zijn unieke kwaliteiten bewijzen bij, onder meer, de ontwikkeling van nieuwe materialen voor accu’s en katalysatoren.

Meetbubbel
Bij de huidige lithium-ionbatterijen, waar vloeistof in zit, speelt dit bijvoorbeeld als ze de materialen voor de plus- of minpool willen verbeteren – vaak in meerdere lagen.

Door een speciale ‘meetbubbel’ te creëren en de vloeistof slim te pompen, kan er toch ingekeken worden, en erdoorheen, 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.

Laagjes materiaal begraven

Ook als, zoals de algemene verwachting is, batterijen 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 prof. 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.

De HAXPES-machine wordt mogelijk gemaakt dankzij een subsidie van 2,2 miljoen euro uit het programma ‘NWO-groot’, voor grote investeringen in vernieuwende apparatuur.