Batterijen opgepast, de supercondensatoren vallen aan

Ondingen zijn het, die batterijen. Om de haverklap zijn ze leeg. En ze weer opladen, dat duurt een eeuwigheid. Het is dat we niet beter weten, anders zouden we onze mobieltjes, camera’s, mp3-spelers en laptops heus wel met iets beters van stroom voorzien.

Met condensatoren, misschien? Dat is immers ook een elektronicaonderdeel dat stroom opslaat en afstaat. Alleen doet hij dat wel even een tandje sneller dan de oplaadbare batterij. “Je giet zo’n condensator vol energie, als een glas water”, zegt Simon den Uijl, een van de oprichters van het Delftse condensatorbedrijfje Epyon. “En daarna kun je hem weer leeggieten.”

Laten we even doen alsof een condensator een batterij is. Dan heb je een batterij die binnen seconden oplaadt, een leven lang meegaat, geen milieu-ontwrichtende stoffen bevat en niet warm wordt als je hem gebruikt. Dat is het goede nieuws.

Het slechte nieuws is, vooral, dat een condensator geen batterij is. De condensator bestond al eerder, maar de batterij is er niet voor niets bij gekomen. Condensatoren bevatten over het algemeen veel minder energie dan batterijen. Bovendien lopen ze veel te enthousiast leeg. Je moet zo’n condensator eerst temmen met extra elektronica, voordat je hem kunt gebruiken als batterij.

Nou ja – misschien is het niet alleen een kwestie van techniek, maar ook van mentaliteit. En moet er iemand opstaan die het aandurft om de condensator ‘batterij’ te noemen.

Den Uijl, student bedrijfskunde in Rotterdam, en IO-student Crijn Bouman zijn de uitdaging aangegaan. Een jaar geleden zaten ze voor het keuzevak ‘product service systems’ te brainstormen over een nieuw product. Gaat opeens Den Uijls telefoon. “Mijn batterij raakte weer eens leeg. Raar toch eigenlijk, dat zie je nou overal, zeiden we tegen elkaar. Dus vroegen we ons af: wat is eigenlijk het probleem? Nou . dat het zo lang duurt om hem weer op te laden. Je hebt vaak niet eens je oplader bij je. Of geen tijd om op te laden.”

Daar viel opeens het c-woord. Zou je een condensator niet kunnen verkleden als batterij? Samen met elektrotechniekstudent Wouter Smit gingen Bouman en Den Uijl aan de slag. Ze bedachten een zeer snel oplaadbare batterij . jawel: ‘batterij’, zo staat het echt op hun website. Wonnen daarmee vorig jaar de ondernemingswedstrijd New Venture. Ze richtten een bedrijf op, Epyon, trokken TU-studenten Erik de Jong, Lars Bech en Bas Molenaar aan als werknemers en richtten een kantoor in, in het bedrijfsverzamelgebouw YES!Delft aan de Rotterdamseweg.
Ruimteschip

Nou ja, kantoor: de bedrijfsruimte van Epyon houdt het midden tussen een studentenkamer en een elektronicapracticum op vrijdagmiddag. Overal zwerven snoertjes en schroevendraaiers, op de cd-speler ligt een cd’tje van Linkin Park, en tegen de achtermuur prijkt Epyons bedrijfslogo, in grote verfletters.

Het apparaatje waarom het draait staat bij Epyon-ontwerper en IO-student Erik de Jong op het beeldscherm. ‘FlashPack’, gaat hij heten. Hij oogt als een kruising tussen een computermuis en een ruimteschip uit Star Wars. “Het ziet er fantastisch uit, vind je niet?”, zegt Den Uijl liefdevol. “We willen hier echt iets mee ontketenen.”

Inderdaad, FlashPack is eigenlijk gewoon een draagbare condensator. Maar zie hem als oplaadbare batterij, en je weet niet wat je beleeft: binnen een luttele dertig seconden is hij volledig opgeladen. Daarmee kun je vervolgens grofweg 25 minuten bellen. Of zeventien flitsfoto’s maken . FlashPack is op meerdere apparaten toepasbaar.

En, ook handig, FlashPack vervangt meteen al je adapters. “Hij wordt straks geleverd met stekkertjes voor diverse toepassingen. Je kunt hem in elk stopcontact steken, en er haast elk apparaat mee opladen. Hij moet net zo goed in de aanstekeringang van je auto passen, als in een stopcontact in Amerika.”

Met zijn 25 minuten beltijd is FlashPack natuurlijk geen echte batterij, maar vooral een noodoplossing voor als je mobieltje op is. Een reanimatieset voor draagbare apparaten, zeg maar. De Delftse ‘batterij’ bevat ongeveer een achtste van de energie die je in een gewone batterij aantreft.

Aan de andere kant: misschien komt daarin verandering. De ontwikkelingen in condensatorland gaan vliegensvlug. Een paar jaar geleden was de opslagcapaciteit van een beetje condensator nog een paar biljoenste farad (één ‘farad’, de werkeenheid van condensatoren, is de capaciteit waarbij er bij 1 Volt spanning precies één Coulomb aan lading is opgeslagen). Sinds het eind van de jaren negentig bestaan er echter ook ‘supercondensatoren’, condensatoren met een miljarden malen grotere opslagcapaciteit. Die danken ze aan het feit dat hun elektrodes zijn gemaakt van koolstofpoeder, waardoor er veel meer oppervlak is om lading op te slaan. “Wij kunnen momenteel condensatoren leveren met vijfduizend farad leveren, bij 2,7 Volt”, zegt Den Uijl. “We verwachten dat er rond het jaar 2010 supercondensatoren bestaan die evenveel energie afgeven als een batterij.”
Satellieten

Supercondensatoren worden tot dusver vooral ingezet vanwege hun andere handige eigenschap: dat ze razendsnel kunnen leeglopen, met een enorme stroomstoot. De eerste supercondensatoren werden daarom gebruikt om de motoren van tanks en onderzeeërs aan te schakelen. Tegenwoordig vind je ze ook in treinen, energiezuinige bussen en auto’s, satellieten en windmolens.

Maar gaandeweg begint de supercondensator steeds meer voor batterij te spelen. Ze zitten in laptops, om kleine stroomonderbrekingen op te vangen. In Haarlem werkt het bedrijfje Iccu zelfs aan supercondensatoren die ’s nachts de nachtstroom opslurpen, zodat je overdag goedkope elektriciteit hebt. Dat zou een twintig procent lagere stroomrekening moeten opleveren.

In Australië denkt het bedrijf Cap-XX nog verder. Cap-XX wil de wereld veroveren met een generatie supercondensatoren die de batterijen van mobieltjes en digitale camera’s en zelfs de accu’s van draadloos gereedschap geheel vervangen.

Den Uijl gelooft er wel in, in de opmars van de supercondensatoren. “Ik verwacht dat er rond het jaar 2010 supercondensatoren bestaan die evenveel energie afgeven als een batterij. Ja, dat biedt natuurlijk mogelijkheden.”

Maar niet iedereen is overtuigd. “Iedere techniek zijn plaats”, vindt hoogleraar electrical power processing prof.dr.eng. Bram Ferreira. “Een supercondensator heeft grote voordelen, bijvoorbeeld voor toepassingen in treinen. Maar ik geloof niet dat hij een concurrent kan worden van de batterij. Dat is ook niet de bedoeling; het is een heel ander beest.”

Het grote verschil is dat batterijen energie chemisch opslaan, terwijl condensatoren lading opslaan op twee geleidende platen, die door een isolerende laag worden gescheiden. “Een lithium-ionbatterij is een paar millimeter dik”, zegt Ferreira. “In een supercondensator van datzelfde volume krijg je nooit diezelfde energie.” Chemische energieopslag zal het uiteindelijk altijd winnen, vermoedt Ferreira. “Je loopt aan tegen de fundamentele barriÈre dat een condensator een ander ding is, met andere fysieke eigenschappen. De ondergrens van een condensator ligt anders dan die van een batterij.”
Allesladertje

Ach, bij Epyon zien ze wel. “De stand van de condensatortechniek bepaalt wat we over vijf jaar aan het doen zijn”, zegt Bouman.

Eerst maar eens aan de slag met de noodbatterij . pardon, condensator . die FlashPack heet. In december brengt een Chinees bedrijf vijfhonderd FlashPacks uit, om te proeven of het slimme allesladertje aanslaat. Daarna hoopt Epyon dat een fabrikant FlashPack echt wil lanceren. Verwachte prijs: zo’n zestig euro. “Het mooiste zou natuurlijk zijn als je straks een FlashPack als aardigheidje cadeau krijgt bij aanschaf van een nieuwe telefoon”, zegt Bouman. “Of dat je hem, met een logo van T-Mobile of Orange erop, kunt kopen bij de telefoonwinkel.”

Nu maar afwachten of Epyon zich weet binnen te wurmen op de propvolle elektronicamarkt. Er bestaan al andere noodopladers, zoals een lader die wegwerpbatterijen leegslurpt en het vermogen overbrengt naar een gameboy. Anderen, zoals het Britse bedrijf AD&D, werken aan batterijen die je kunt opladen door ze met een slingertje op te winden.

En ook de batterijwereld staat niet stil. Bij onder meer Toshiba, Philips en het Amerikaanse bedrijf Altair Technologies beweert men eveneens supersnel oplaadbare batterijen in de maak te hebben, maar dan chemische. Neem de lithium-ionbatterij van Altair, over drie jaar verwacht op de markt. Die zou in zes minuten opladen, drie keer zoveel vermogen leveren als een gewone oplaadbatterij en ook nog eens tien keer zo lang meegaan, aldus Altair.

“Vooral die batterij van Altair klinkt veelbelovend”, zegt Bouman. “Maar we horen van experts uit de praktijk ook uiterst sceptische geluiden. Er zouden allerlei moeilijk oplosbare bijeffecten zijn, zoals warmteontwikkeling en explosiegevaar.” Kijk: dan zit je met een supercondensator beter.

Bouman legt het eerste prototype van FlashPack op tafel. Het is nog niet het hippe ruimtescheepje van de tekentafel, maar gewoon een zwart doosje met een rij Ledjes erop en het opschrift ‘PROTOTYPE . PATENT PENDING’. Wat er precies in het doosje zit, wil de IO’er niet kwijt. Vanwege die patentaanvraag. “Maar als je hem openschroeft, zou je raar staan te kijken”, maakt Bouman de verslaggever lekker. “Het is echt iets heel nieuws.”

Bouman begint het prototype te demonstreren. Stekker erin, en inderdaad: binnen tientallen seconden is de oplader vol, zo geven de Leds aan. Een raar gezicht, om een batterij te zien vollopen. Bouman koppelt de FlashPack aan zijn telefoon. Ja, die doet het weer. Een halfuurtje, dan.

Made in Holland

Niet iedereen weet het, maar de condensator is een oer-Hollandse vinding. Volgend jaar, het jaar waarin FlashPack de wereld moet veroveren, is het precies 260 jaar geleden dat medicus en natuurkundige Pieter van Musschenbroeck de ‘Leidse fles’ maakte, alom beschouwd als ’s werelds eerste condensator. Van Musschenbroeck slaagde erin elektrische lading op te slaan in een fles die hij met water had gevuld en aan de buitenkant had bekleed met tinfolie. Eerlijk is eerlijk, zoiets was al eerder gedaan in Duitsland. Maar Van Musschenbroeck perfectioneerde het ontwerp, beschreef hem in de vakliteratuur . en streek met de eer.
Epyon goes silicon valley

Epyon mag eind deze maand een presentatie houden in Silicon Valley. Samen met zes andere bedrijfjes werd Epyon geselecteerd uit 25 kandidaten voor een tournee naar het Amerikaanse technologie-Mecca. De presentatie is bedoeld om investeerders en partners aan te trekken. De reis naar Amerika wordt mede gefinancierd door YES!Delft.
Batterij versus supercondensator

Batterij

– Levert stabiele stroomtoevoer

– Is compact en goedkoop

– Heeft een hoge energiedichtheid

Maar…

– Laadt langzaam op

– Verslijt

– Kan verhit raken

– Bevat schadelijke stoffen

Condensator

– Kan grote stroomstoten afgeven

– Laadt snel op

– Slijt nauwelijks

– Is veilig voor gebruiker en milieu

Maar…

– Is nu nog groot en duur

– Heeft een lagere energiedichtheid

– Loopt ongelijkmatig leeg

Ondingen zijn het, die batterijen. Om de haverklap zijn ze leeg. En ze weer opladen, dat duurt een eeuwigheid. Het is dat we niet beter weten, anders zouden we onze mobieltjes, camera’s, mp3-spelers en laptops heus wel met iets beters van stroom voorzien.

Met condensatoren, misschien? Dat is immers ook een elektronicaonderdeel dat stroom opslaat en afstaat. Alleen doet hij dat wel even een tandje sneller dan de oplaadbare batterij. “Je giet zo’n condensator vol energie, als een glas water”, zegt Simon den Uijl, een van de oprichters van het Delftse condensatorbedrijfje Epyon. “En daarna kun je hem weer leeggieten.”

Laten we even doen alsof een condensator een batterij is. Dan heb je een batterij die binnen seconden oplaadt, een leven lang meegaat, geen milieu-ontwrichtende stoffen bevat en niet warm wordt als je hem gebruikt. Dat is het goede nieuws.

Het slechte nieuws is, vooral, dat een condensator geen batterij is. De condensator bestond al eerder, maar de batterij is er niet voor niets bij gekomen. Condensatoren bevatten over het algemeen veel minder energie dan batterijen. Bovendien lopen ze veel te enthousiast leeg. Je moet zo’n condensator eerst temmen met extra elektronica, voordat je hem kunt gebruiken als batterij.

Nou ja – misschien is het niet alleen een kwestie van techniek, maar ook van mentaliteit. En moet er iemand opstaan die het aandurft om de condensator ‘batterij’ te noemen.

Den Uijl, student bedrijfskunde in Rotterdam, en IO-student Crijn Bouman zijn de uitdaging aangegaan. Een jaar geleden zaten ze voor het keuzevak ‘product service systems’ te brainstormen over een nieuw product. Gaat opeens Den Uijls telefoon. “Mijn batterij raakte weer eens leeg. Raar toch eigenlijk, dat zie je nou overal, zeiden we tegen elkaar. Dus vroegen we ons af: wat is eigenlijk het probleem? Nou . dat het zo lang duurt om hem weer op te laden. Je hebt vaak niet eens je oplader bij je. Of geen tijd om op te laden.”

Daar viel opeens het c-woord. Zou je een condensator niet kunnen verkleden als batterij? Samen met elektrotechniekstudent Wouter Smit gingen Bouman en Den Uijl aan de slag. Ze bedachten een zeer snel oplaadbare batterij . jawel: ‘batterij’, zo staat het echt op hun website. Wonnen daarmee vorig jaar de ondernemingswedstrijd New Venture. Ze richtten een bedrijf op, Epyon, trokken TU-studenten Erik de Jong, Lars Bech en Bas Molenaar aan als werknemers en richtten een kantoor in, in het bedrijfsverzamelgebouw YES!Delft aan de Rotterdamseweg.
Ruimteschip

Nou ja, kantoor: de bedrijfsruimte van Epyon houdt het midden tussen een studentenkamer en een elektronicapracticum op vrijdagmiddag. Overal zwerven snoertjes en schroevendraaiers, op de cd-speler ligt een cd’tje van Linkin Park, en tegen de achtermuur prijkt Epyons bedrijfslogo, in grote verfletters.

Het apparaatje waarom het draait staat bij Epyon-ontwerper en IO-student Erik de Jong op het beeldscherm. ‘FlashPack’, gaat hij heten. Hij oogt als een kruising tussen een computermuis en een ruimteschip uit Star Wars. “Het ziet er fantastisch uit, vind je niet?”, zegt Den Uijl liefdevol. “We willen hier echt iets mee ontketenen.”

Inderdaad, FlashPack is eigenlijk gewoon een draagbare condensator. Maar zie hem als oplaadbare batterij, en je weet niet wat je beleeft: binnen een luttele dertig seconden is hij volledig opgeladen. Daarmee kun je vervolgens grofweg 25 minuten bellen. Of zeventien flitsfoto’s maken . FlashPack is op meerdere apparaten toepasbaar.

En, ook handig, FlashPack vervangt meteen al je adapters. “Hij wordt straks geleverd met stekkertjes voor diverse toepassingen. Je kunt hem in elk stopcontact steken, en er haast elk apparaat mee opladen. Hij moet net zo goed in de aanstekeringang van je auto passen, als in een stopcontact in Amerika.”

Met zijn 25 minuten beltijd is FlashPack natuurlijk geen echte batterij, maar vooral een noodoplossing voor als je mobieltje op is. Een reanimatieset voor draagbare apparaten, zeg maar. De Delftse ‘batterij’ bevat ongeveer een achtste van de energie die je in een gewone batterij aantreft.

Aan de andere kant: misschien komt daarin verandering. De ontwikkelingen in condensatorland gaan vliegensvlug. Een paar jaar geleden was de opslagcapaciteit van een beetje condensator nog een paar biljoenste farad (één ‘farad’, de werkeenheid van condensatoren, is de capaciteit waarbij er bij 1 Volt spanning precies één Coulomb aan lading is opgeslagen). Sinds het eind van de jaren negentig bestaan er echter ook ‘supercondensatoren’, condensatoren met een miljarden malen grotere opslagcapaciteit. Die danken ze aan het feit dat hun elektrodes zijn gemaakt van koolstofpoeder, waardoor er veel meer oppervlak is om lading op te slaan. “Wij kunnen momenteel condensatoren leveren met vijfduizend farad leveren, bij 2,7 Volt”, zegt Den Uijl. “We verwachten dat er rond het jaar 2010 supercondensatoren bestaan die evenveel energie afgeven als een batterij.”
Satellieten

Supercondensatoren worden tot dusver vooral ingezet vanwege hun andere handige eigenschap: dat ze razendsnel kunnen leeglopen, met een enorme stroomstoot. De eerste supercondensatoren werden daarom gebruikt om de motoren van tanks en onderzeeërs aan te schakelen. Tegenwoordig vind je ze ook in treinen, energiezuinige bussen en auto’s, satellieten en windmolens.

Maar gaandeweg begint de supercondensator steeds meer voor batterij te spelen. Ze zitten in laptops, om kleine stroomonderbrekingen op te vangen. In Haarlem werkt het bedrijfje Iccu zelfs aan supercondensatoren die ’s nachts de nachtstroom opslurpen, zodat je overdag goedkope elektriciteit hebt. Dat zou een twintig procent lagere stroomrekening moeten opleveren.

In Australië denkt het bedrijf Cap-XX nog verder. Cap-XX wil de wereld veroveren met een generatie supercondensatoren die de batterijen van mobieltjes en digitale camera’s en zelfs de accu’s van draadloos gereedschap geheel vervangen.

Den Uijl gelooft er wel in, in de opmars van de supercondensatoren. “Ik verwacht dat er rond het jaar 2010 supercondensatoren bestaan die evenveel energie afgeven als een batterij. Ja, dat biedt natuurlijk mogelijkheden.”

Maar niet iedereen is overtuigd. “Iedere techniek zijn plaats”, vindt hoogleraar electrical power processing prof.dr.eng. Bram Ferreira. “Een supercondensator heeft grote voordelen, bijvoorbeeld voor toepassingen in treinen. Maar ik geloof niet dat hij een concurrent kan worden van de batterij. Dat is ook niet de bedoeling; het is een heel ander beest.”

Het grote verschil is dat batterijen energie chemisch opslaan, terwijl condensatoren lading opslaan op twee geleidende platen, die door een isolerende laag worden gescheiden. “Een lithium-ionbatterij is een paar millimeter dik”, zegt Ferreira. “In een supercondensator van datzelfde volume krijg je nooit diezelfde energie.” Chemische energieopslag zal het uiteindelijk altijd winnen, vermoedt Ferreira. “Je loopt aan tegen de fundamentele barriÈre dat een condensator een ander ding is, met andere fysieke eigenschappen. De ondergrens van een condensator ligt anders dan die van een batterij.”
Allesladertje

Ach, bij Epyon zien ze wel. “De stand van de condensatortechniek bepaalt wat we over vijf jaar aan het doen zijn”, zegt Bouman.

Eerst maar eens aan de slag met de noodbatterij . pardon, condensator . die FlashPack heet. In december brengt een Chinees bedrijf vijfhonderd FlashPacks uit, om te proeven of het slimme allesladertje aanslaat. Daarna hoopt Epyon dat een fabrikant FlashPack echt wil lanceren. Verwachte prijs: zo’n zestig euro. “Het mooiste zou natuurlijk zijn als je straks een FlashPack als aardigheidje cadeau krijgt bij aanschaf van een nieuwe telefoon”, zegt Bouman. “Of dat je hem, met een logo van T-Mobile of Orange erop, kunt kopen bij de telefoonwinkel.”

Nu maar afwachten of Epyon zich weet binnen te wurmen op de propvolle elektronicamarkt. Er bestaan al andere noodopladers, zoals een lader die wegwerpbatterijen leegslurpt en het vermogen overbrengt naar een gameboy. Anderen, zoals het Britse bedrijf AD&D, werken aan batterijen die je kunt opladen door ze met een slingertje op te winden.

En ook de batterijwereld staat niet stil. Bij onder meer Toshiba, Philips en het Amerikaanse bedrijf Altair Technologies beweert men eveneens supersnel oplaadbare batterijen in de maak te hebben, maar dan chemische. Neem de lithium-ionbatterij van Altair, over drie jaar verwacht op de markt. Die zou in zes minuten opladen, drie keer zoveel vermogen leveren als een gewone oplaadbatterij en ook nog eens tien keer zo lang meegaan, aldus Altair.

“Vooral die batterij van Altair klinkt veelbelovend”, zegt Bouman. “Maar we horen van experts uit de praktijk ook uiterst sceptische geluiden. Er zouden allerlei moeilijk oplosbare bijeffecten zijn, zoals warmteontwikkeling en explosiegevaar.” Kijk: dan zit je met een supercondensator beter.

Bouman legt het eerste prototype van FlashPack op tafel. Het is nog niet het hippe ruimtescheepje van de tekentafel, maar gewoon een zwart doosje met een rij Ledjes erop en het opschrift ‘PROTOTYPE . PATENT PENDING’. Wat er precies in het doosje zit, wil de IO’er niet kwijt. Vanwege die patentaanvraag. “Maar als je hem openschroeft, zou je raar staan te kijken”, maakt Bouman de verslaggever lekker. “Het is echt iets heel nieuws.”

Bouman begint het prototype te demonstreren. Stekker erin, en inderdaad: binnen tientallen seconden is de oplader vol, zo geven de Leds aan. Een raar gezicht, om een batterij te zien vollopen. Bouman koppelt de FlashPack aan zijn telefoon. Ja, die doet het weer. Een halfuurtje, dan.

Made in Holland

Niet iedereen weet het, maar de condensator is een oer-Hollandse vinding. Volgend jaar, het jaar waarin FlashPack de wereld moet veroveren, is het precies 260 jaar geleden dat medicus en natuurkundige Pieter van Musschenbroeck de ‘Leidse fles’ maakte, alom beschouwd als ’s werelds eerste condensator. Van Musschenbroeck slaagde erin elektrische lading op te slaan in een fles die hij met water had gevuld en aan de buitenkant had bekleed met tinfolie. Eerlijk is eerlijk, zoiets was al eerder gedaan in Duitsland. Maar Van Musschenbroeck perfectioneerde het ontwerp, beschreef hem in de vakliteratuur . en streek met de eer.
Epyon goes silicon valley

Epyon mag eind deze maand een presentatie houden in Silicon Valley. Samen met zes andere bedrijfjes werd Epyon geselecteerd uit 25 kandidaten voor een tournee naar het Amerikaanse technologie-Mecca. De presentatie is bedoeld om investeerders en partners aan te trekken. De reis naar Amerika wordt mede gefinancierd door YES!Delft.
Batterij versus supercondensator

Batterij

– Levert stabiele stroomtoevoer

– Is compact en goedkoop

– Heeft een hoge energiedichtheid

Maar…

– Laadt langzaam op

– Verslijt

– Kan verhit raken

– Bevat schadelijke stoffen

Condensator

– Kan grote stroomstoten afgeven

– Laadt snel op

– Slijt nauwelijks

– Is veilig voor gebruiker en milieu

Maar…

– Is nu nog groot en duur

– Heeft een lagere energiedichtheid

– Loopt ongelijkmatig leeg