DIFFER bouwt nieuw lab om laagjes te maken voor betere batterijen en zonnepanelen

De centrale techniek van het nieuwe lab is gepulste laserdepositie. Daarbij schiet een laserstraal stukjes materiaal weg van een blokje (wit, links op de foto). Het materiaal verdampt als een plasmawolk (paars op de foto) en komt op een substraat terecht (rood, rechts op de foto). Het vormt daar een laagje van een of enkele atomen dik.

Dunne gestapelde lagen
De subsidie van 4,7 miljoen euro voor de bouw van de faciliteit bij het Dutch Institute for Fundamental Energy Research (DIFFER) die gecontroleerd laagjes materiaal kan maken, is afkomstig van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). Met de nieuwe faciliteit kunnen wetenschap en bedrijfsleven materialen onderzoeken voor nieuwe katalysatoren, batterijen en zonnepanelen. De faciliteit, en dat is volgens DIFFER uniek in de wereld, kan kleine én grote dunne lagen produceren. Dat is belangrijk voor de opschaling naar de industrie. Ook kunnen de lagen meteen, ter plekke geanalyseerd worden.

Om het energieprobleem het hoofd te bieden, zijn onderzoekers op zoek naar nieuwe materialen voor bijvoorbeeld zonnepanelen, katalysatoren die helpen bij de productie van waterstof en batterijen die energie opslaan. Vaak bestaan zulke materialen uit dunne gestapelde lagen die in combinatie voor de gewenste eigenschappen zorgen. Tot nu toe was er een gat tussen het materiaalonderzoek bij onderzoeksinstituten en dat van bedrijven. Dat komt onder andere doordat de onderzoeksinstituten vaak dunne schijven van een paar millimeter of hooguit een paar centimeter in diameter maken. Die kunnen moeilijk getest worden en dat weerhoudt bedrijven ervan om het materiaal verder te ontwikkelen en marktrijp te maken.

10 centimeter
Met de nieuwe faciliteit kunnen onderzoeksinstituten en bedrijven kleine én grotere dunne lagen maken. Het gaat dan om dunne schijven tot 10 centimeter in diameter. Daarnaast kan het apparaat lagen stapelen. Bovendien kunnen onderzoekers al metingen verrichten ín het apparaat. Dat levert een sneller en nauwkeuriger resultaat op. De faciliteit komt beschikbaar voor onderzoekers van universiteiten en instituten en voor bedrijven die commerciële toepassingen willen testen.

‘Er bestaat op de wereld geen vergelijkbaar initiatief’, zegt Anja Bieberle van DIFFER. Bieberle leidt het consortium dat de faciliteit bij DIFFER in Eindhoven gaat opzetten. ‘De faciliteit leent zich voor fundamenteel onderzoek en voor de volgende, essentiële stap, de daadwerkelijke implementatie.’

Roestvrijstalen bollen
De kern van het nieuwe lab is een apparaat van 3 roestvrijstalen bollen die onder vacuüm met elkaar zijn verbonden via pijpen en buizen. Het geheel is ongeveer 4 meter lang. Achter de bollen bevinden zich 8 verschillende soorten analyseapparatuur. Ook is er een laadkamer om zo schoon mogelijk, zonder het vacuüm te verstoren, nieuwe materialen in te brengen.

Het consortium opereert onder de naam PLD4Energy. De Universiteit Twente ontwerpt samen met DIFFER de faciliteit en de Technische Universiteit Eindhoven levert specifieke analyseapparatuur. De overige partners zijn de Universiteit Leiden, de Technische Universiteit Delft, de Rijksuniversiteit Groningen, de Universiteit Utrecht en TNO.